KR101288202B1 - 광학적 전력 공급형 드라이브 장치 및 광학적 전력 공급형 드라이브 장치를 이용한 제 1 반도체 스위치 제어 방법 - Google Patents

광학적 전력 공급형 드라이브 장치 및 광학적 전력 공급형 드라이브 장치를 이용한 제 1 반도체 스위치 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101288202B1
KR101288202B1 KR1020060110953A KR20060110953A KR101288202B1 KR 101288202 B1 KR101288202 B1 KR 101288202B1 KR 1020060110953 A KR1020060110953 A KR 1020060110953A KR 20060110953 A KR20060110953 A KR 20060110953A KR 101288202 B1 KR101288202 B1 KR 101288202B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
node
voltage
transistor
semiconductor switch
optically powered
Prior art date
Application number
KR1020060110953A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20070051687A (ko
Inventor
마이클 요셉 슈텐
로버트 루이스 스테이저왈드
글렌 피터 코스트
제프리 요셉 나사도스키
Original Assignee
제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제너럴 일렉트릭 캄파니 filed Critical 제너럴 일렉트릭 캄파니
Publication of KR20070051687A publication Critical patent/KR20070051687A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101288202B1 publication Critical patent/KR101288202B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/78—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/04—Modifications for accelerating switching
    • H03K17/041—Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0412—Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0036—Means reducing energy consumption

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 제 1 반도체 스위치(52)를 제어하는 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로(40) 및 방법을 제공한다. 이 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로(40)는 광섬유 케이블(14)로부터 제 1 광 신호를 수신하고 이 제 1 광 신호에 응답하여 제 1 전압을 출력하는 광전지(100)를 포함한다. 광학적으로 전력을 공급받는 이 드라이브 회로(40)는 광전지(100)에 전기적으로 접속되어 제 1 전압에 의해 공급된 전기 에너지를 저장하고 제 2 전압을 출력하는 에너지 저장 장치(102)를 더 포함한다. 광학적으로 전력을 공급받는 이 드라이브 회로(40)는 광전지(100) 및 에너지 저장 장치(102)에 전기적으로 접속된 전기 회로를 더 포함한다. 이 전기 회로는 제 2 전압에 의해 동작한다. 이 전기 회로는 제 1 전압을 수신하고 제 1 전압에 응답하여 제 1 반도체 스위치(52)의 동작을 제어하는 제 3 전압을 출력한다.

Description

광학적 전력 공급형 드라이브 장치 및 광학적 전력 공급형 드라이브 장치를 이용한 제 1 반도체 스위치 제어 방법{OPTICALLY POWERED DRIVE DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING A SEMICONDUCTOR SWITCH}
도 1은 예시적인 실시예에 따른 다수의 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로를 사용하는 제어 시스템의 개략도,
도 2는 예시적인 실시예에 따른 도 1의 제어 시스템에서 사용된 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로의 개략도,
도 3은 다른 예시적인 실시예에 따른 광학적으로 전력을 공급받는 공진형 드라이브 회로의 개략도,
도 4는 도 3의 광학적으로 전력을 공급받는 공진형 드라이브 회로의 단순화된 개략도,
도 5는 도 3의 광학적으로 전력을 공급받는 공진형 드라이브 회로의 동작 동안 출력 전압의 개략적 파형의 도면,
도 6은 도 3의 광학적으로 전력을 공급받는 공진형 드라이브 회로의 동작 동안 인덕터를 통해 흐르는 전류의 개략적 파형의 도면,
도 7은 도 3의 광학적으로 전력을 공급받는 공진형 드라이브 회로의 동작 동안 제 1 스위치의 동작 상태의 개략적 파형의 도면,
도 8은 도 3의 광학적으로 전력을 공급받는 공진형 드라이브 회로의 동작 동 안 제 2 스위치의 동작 상태의 개략적 파형의 도면,
도 9는 도 5의 파형의 일부분의 개략적 파형의 도면,
도 10은 도 6의 파형의 일부분의 개략적 파형의 도면,
도 11은 다른 예시적인 실시예에 따른 광학적으로 전력을 공급받는 공진형 풀 브리지 드라이브 회로의 개략도,
도 12는 다른 예시적인 실시예에 따른 광학적으로 전력을 공급받는 풀 브리지 드라이브 회로의 개략도,
도 13은 다른 예시적인 실시예에 따른 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로의 개략도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 제어 시스템
30 : 부하
12 : 광원
14, 16, 18, 20, 22, 24 : 광섬유 케이블
26 : 3상 인버터
28 : 전압원
40, 42, 44, 46, 48, 50 : 드라이브 회로
52, 54, 56, 58, 60, 62 ; 트랜지스터
64, 66, 68, 70, 72, 74 : 다이오드
76, 78, 80, 82, 84, 107 : 노드
100 : 광전지
102 : 캐패시터
104 : 다이오드
106, 108, 110, 112 : 트랜지스터
114, 116, 118, 120, 122, 124, 126, 128, 130, 132 : 저항
134, 138, 140, 142, 146, 148 : 노드
198 : 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로
200 : 광전지
202 : 캐패시터
206, 208, 210, 212 : 트랜지스터
214, 216, 218, 220, 222, 224, 226, 228 : 저항
204, 252, 254 : 다이오드
250 : 게이트 노드
256 : 인덕터
207, 234, 238, 240, 242, 244, 246, 248, 250 : 노드
278 : 전압원
280 : 제어 회로
282 : 캐패시터
285, 286, 287, 288 : 파형
300 : 광전지
301 : 드라이브 회로
302 : 캐패시터
304, 352, 354 : 다이오드
306, 308, 310, 312, 356, 358, 360, 362 : 트랜지스터
314, 316, 318, 320, 322, 324, 326, 328, 330, 332, 364, 366, 368, 370, 372, 374, 376, 378, 380, 382 : 저항
307, 334, 336, 338, 340, 342, 344, 346, 348, 350, 390, 392, 394, 396, 398 : 노드
386 : 인덕터
400 : 광전지
401 : 드라이브 회로
402 : 캐패시터
404 : 다이오드
406, 408, 410, 412, 456, 458, 460, 462 : 트랜지스터
414, 416, 418, 420, 422, 424, 426, 428, 430, 432, 464, 466, 468, 470, 472, 474, 476, 478, 480, 482 : 저항
407, 434, 436, 438, 440, 442, 444, 446, 450, 490, 492, 494, 496, 498 : 노드
499 : 드라이브 회로
500 : 광전지
502 : 캐패시터
504, 506, 508, 510 : 트랜지스터
512, 514, 516, 518, 520 : 저항
524, 528, 530, 532, 534, 536, 538 : 노드
전기 게이트 드라이브는 부하에 전압을 인가하는데 사용되는 반도체 스위치를 제어하기 위해서 개발되었다. 이 게이트 드라이브는 적어도 2 개의 전기 도전체를 통해서 외부 전압 소스와 전기적으로 접속된다. 이러한 설계를 갖는 전기 게이트 드라이브의 단점은 전자기 간섭(EMI1)에 의해 바람직하지 않는 전압 및/또는 전류가 도전체 내에 유도되어 게이트 드라이브의 동작 성능이 저하될 수 있다는 것이다. 이로써, 2 종류의 문제가 발생하는데, 하나는 게이트 드라이브가 의도하지 않았는데도 턴 온되거나 턴 오프되는 것이며, 다른 하나는 배선으로부터 흐르는 고 주파수 전류로부터 전자기 방사가 발생하는 것이다.
본 발명자는 광학적으로 전력이 공급되고 제어되어 전술한 문제들을 감소 및/또는 제거할 수 있는 개선된 게이트 드라이브가 필요함을 인지하게 되었다.
예시적인 실시예에 따르면, 제 1 반도체 스위치를 제어하는 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로가 제공된다. 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로는 광섬유 케이블로부터 제 1 광 신호를 수신하고 제 1 광 신호에 응답하여 제 1 전압을 출력하도록 구성된 광전지를 포함한다. 이 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로는 상기 광전지에 전기적으로 접속되어서 상기 제 1 전압으로부터 수신된 전기 에너지를 저장하고 제 2 전압을 출력하는 에너지 저장 장치를 더 포함한다. 이 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로는 상기 광전지 및 에너지 저장 장치 양자에 전기적으로 접속된 전기 회로를 더 포함한다. 이 전기 회로는 상기 제 2 전압에 의해 작동한다. 이 전기 회로는 제 1 전압을 수신하여 이 제 1 전압에 응답하여 제 1 반도체 스위치의 동작을 제어하는 제 3 전압을 출력한다.
다른 예시적인 실시예에 따르면, 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로를 사용하여 제 1 반도체 스위치를 제어하는 방법이 제공된다. 여기서, 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로는 에너지 저장 장치 및 전기 회로 양자에 전기적으로 접속된 광전지를 포함한다. 여기서, 상기 전기 회로는 제 1 반도체 스위치에 전기적으로 접속된다. 본 방법은 상기 광전지가 광섬유 케이블로부터 제 1 광 신호를 수신하고 상기 제 1 광 신호에 응답하여 제 1 전압을 생성하는 단계를 포함한다. 또한, 본 방법은 상기 제 1 전압으로부터의 에너지를 상기 에너지 저장 장치에 저장하고 상기 에너지 저장 장치로부터 제 2 전압을 출력하는 단계를 더 포함한다. 또한, 본 방법은 상기 제 2 전압을 사용하여 상기 전기 회로에 전압을 인가 하는 단계를 더 포함한다. 또한, 본 방법은 상기 전기 회로에 의해서 수신된 제 1 전압에 응답하여 상기 제 1 반도체 스위치를 제 1 동작 상태로 전이되게 하는 단계를 더 포함한다.
또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 제 1 반도체 스위치를 제어하는 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로가 제공된다. 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로는 제 1 광섬유 케이블로부터 제 1 광 신호를 수신하고 이 제 1 광 신호에 응답하여 제 1 전압을 생성하도록 구성된 광전지를 포함한다. 또한, 이 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로는 제 2 광섬유 케이블로부터 제 2 광 신호를 수신하여 제 2 전압을 출력하는 제 2 반도체 스위치를 더 포함한다. 또한, 이 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로는 상기 광전지 및 제 2 반도체 스위치 양자에 전기적으로 접속된 전기 회로를 더 포함한다. 이 전기 회로는 상기 제 1 전압에 의해 작동한다. 이 전기 회로는 상기 제 2 전압에 응답하여 상기 제 1 반도체 스위치의 동작을 제어하는 제 3 전압을 출력한다.
또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로를 사용하여 제 1 반도체 스위치를 제어하는 방법이 제공된다. 여기서, 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로는 전기 회로에 전기적으로 접속된 광전지를 포함한다. 여기서, 상기 전기 회로는 제 1 반도체 스위치에 전기적으로 접속된다. 본 방법은 상기 광전지가 제 1 광섬유 케이블로부터 제 1 광 신호를 수신하고 상기 제 1 광 신호에 응답하여 제 1 전압을 생성하는 단계를 포함한다. 또한, 본 방법은 제 2 반도체 스위치가 제 2 광섬유 케이블로부터 제 2 광 신호를 수신하여 상기 제 2 광 신호에 응답하여 제 2 전압을 출력하는 단계를 더 포함한다. 또한, 본 방법은 상기 제 1 전압을 사용하여 상기 전기 회로에 전압을 인가하는 단계를 더 포함한다. 또한, 본 방법은 상기 전기 회로에 의해서 수신된 제 2 전압에 응답하여 상기 제 1 반도체 스위치를 제 1 동작 상태로 전이되게 하는 단계를 더 포함한다.
도 1에는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 다수의 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로를 사용하여 전기 부하(30)를 제어하는 제어 시스템(10)이 개략적으로 도시되어 있다. 이 제어 시스템은 광 소스(12), 다수의 광섬유 케이블(14,16,18,20,22,24), 3상 인버터(26), 전압 소스(28) 및 전기 부하(30)를 포함한다.
광 소스(12)가 제공되어 다수의 광 빔이 생성되고 이 생성된 광 빔은 광섬유 케이블(14,16,18,20,22,24)을 통해서 전파되어서 3상 인버터(26)의 동작을 제어한다. 광 소스(12)는 광섬유 케이블(14,16,18,20,22,24)을 통해서 3상 인버터(26)에 광학적으로 접속되어 있다. 다른 실시예에서는, 광섬유 케이블(14,16,18,20,22,24)은 하나 이상의 광섬유(optical fiber)를 포함함으로써 다수의 광 빔이 하나의 광섬유 케이블을 통해서 전파되게 할 수도 있다.
3상 인버터(26)가 제공되어 노드(80,82,84)에서 신호를 생성하고 이 신호가 전기 부하(30)를 제어한다. 이 3상 인버터(26)는 광학적으로 전력을 공급받는 게이트 드라이브 회로(40,42,44,46,48,50), 트랜지스터(52,54,56,58,60,62) 및 다이 오드(64,66,68,70,72,74)를 포함한다. 트랜지스터들(52,54,56,58,60,62)은 실질적으로 유사한 방식으로 동작하기 때문에, 설명의 간소화를 위해서 트랜지스터(52)의 동작만 상세하게 설명한다. 트랜지스터(52)는 동작 동안 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로(40)로부터 생성된 전압에 응답하여 2 개의 동작 상태 사이를 스위칭한다. 제 1 동작 상태에서, 트랜지스터(52)는 개방 회로로 동작하여 노드(76,80) 간에서 상대적으로 소량의 전류가 흐르게 한다. 제 2 동작 상태에서, 트랜지스터(52)는 단락 회로로 동작하여 노드(76,80) 간에서 상대적으로 대량의 전류가 흐르게 한다. 트랜지스터(52)는 상기 제 1 동작 상태에서는 턴 온 상태가 되며 상기 제 2 동작 상태에서는 턴 오프 상태가 된다. 다이오드(64,66,68,70,72,74)가 제공되어 각각의 트랜지스터(52,54,56,58,60,62)를 가로지르는 반대 방향이 되는 평행 경로(anti-parallel path)로 전류가 흐르게 한다. 3상 인버터(26)는 그의 노드(76,78)에서 전압 소스(28)에 전기적으로 접속되며, 그의 노드(80,82,84)에서는 전기 부하(30)에 전기적으로 접속된다.
전압 소스(28)가 제공되어 전기 에너지를 공급하여 이 전기 에너지는 3상 인버터(26)의 일부분에 전력을 공급한다. 전압 소스(28)는 자신의 노드(76,78)에서 3상 인버터(26)에 전기적으로 접속되고 노드(76,78) 양단에서 전압을 생성한다.
전기 부하(30)가 제공되어 3상 인버터(26)에 의해 공급된 전기 펄스를 사용하여 전기 에너지를 처리한다. 전기 부하(30)는 노드(80,82,84)에서 3상 인버터(26)에 전기적으로 접속되어 있다.
광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로(40,42,44,46,48,50)는 각기 트랜 지스터(52,54,56,58,60,62)의 동작을 제어하기 위해서 제공된다. 광 소스(12)로부터의 광 빔은 광섬유 케이블(14,16,18,20,22,24)을 통해서 전파되며 각기 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로(40,42,44,46,48,50)에 의해서 수신된다. 광 빔은 전기 에너지를 제공하며 이로써 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로(40,42,44,46,48,50)에 전력을 공급한다. 또한, 광 빔은 제어 신호를 제공하며, 이 제어 신호에 의해서 광학적으로 전력을 공급받는 게이트 드라이브 회로(40,42,44,46,48,50)가 각기 트랜지스터(52,54,56,58,60,62)의 동작 상태를 제어한다. 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로(40)의 구조가 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로(42,44,46,48,50)의 구조와 실질적으로 유사하기 때문에, 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로(40)의 구조만 상세하게 설명한다.
설명을 위해서, 도 2 내지 4 및 도 13에서 참조되는 전압은 달리 지정되지 않는다면 노드(80)로부터의 전압이다.
도 2에서, 제어 시스템(10)에서 사용되는 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로(40)가 개략적으로 도시되어 있다. 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로(40)는 광전지(100), 캐패시터(102), 다이오드(104), 트랜지스터(106,108,110,112) 및 저항(114,116,118,120,122,124,126,128,130,132)을 포함한다.
광전지(100)가 제공되어 광섬유 케이블(14)로부터 수신된 광 에너지를 전기 에너지로 변환하고 노드(134,80) 간의 전압을 생성한다. 광전지(100)는 광이 광섬유 케이블(14)로부터 수신되고 있을 경우에는 노드(134)에서 고전압에 대응하는 전 압을 출력하며 광이 광섬유 케이블(14)로부터 수신되고 있지 않을 경우에는 노드(134)에서 저전압에 대응하는 전압을 출력한다.
캐패시터(102)가 제공되어 광전지(100)에 의해서 생성된 전기 에너지를 저장한다. 캐패시터(102)는 노드(80)에서 광전지에 전기적으로 접속되고 노드(138)에서 다이오드(104)에 전기적으로 접속된다.
다이오드(104)가 제공되어 광전지(100)가 광섬유 케이블(14)로부터 광을 수신하고 있지 않을 때에는 캐패시터(102)가 방전되는 것을 방지한다. 다이오드(104)의 양극은 노드(134)에서 광전지(100)에 전기적으로 접속된다. 다이오드(104)의 음극은 노드(138)에서 캐패시터(102)에 전기적으로 접속된다. 다이오드(104)는 전류가 광전지(100)에서 캐패시터(102)로 흐르게 한다.
트랜지스터(106,108,110,112)가 제공되어 노드(134)에서의 전압을 기반으로 하여서 트랜지스터(52)를 2 개의 동작 상태 간에서 스위칭한다. 트랜지스터(106,108,110,112)는 각 트랜지스터의 베이스 및 이미터 간의 전압에 따라서 2 개의 상이한 동작 상태 간을 전이하는 전기 스위치로 동작한다. 트랜지스터(106,108,112)는 NPN 트랜지스터이며 트랜지스터(110)는 PNP 트랜지스터이다. 트랜지스터(106)와 같은 NPN 트랜지스터는 이미터 노드(80)에 비해 노드(134)에서 높은 전압이 수신되면 턴 온할 것이다. 트랜지스터(106)가 턴 온되면, 이 트랜지스터는 노드(107,80) 간에 상대적으로 대량의 전류를 통과시킨다. 트랜지스터(106)는 이미터 노드(80)에 비해 노드(134)에서 낮은 전압이 수신되면 턴 오프할 것이다. 트랜지스터(106)가 턴 오프되면, 이 트랜지스터는 노드(107,80) 간에 전 류를 통과시키지 않을 것이다. 트랜지스터(108,112)도 NPN 트랜지스터이며 트랜지스터(106)와 유사한 방식으로 동작한다. 트랜지스터(110)와 같은 PNP 트랜지스터는 노드(107)에서 낮은 전압이 수신되면 턴 온할 것이다. 트랜지스터(110)가 턴 온되면, 이 트랜지스터는 노드(138,148) 간에 상대적으로 대량의 전류를 통과시킨다. 트랜지스터(110)는 트랜지스터(106)가 오프되고 저항(126)이 베이스 노드(144)를 노드(138)의 전위로 유지하면 턴 오프할 것이다. 트랜지스터(110)가 턴 오프되면, 노드(138,148) 간에 전류를 통과하지 않을 것이다.
트랜지스터(110)가 제공되어 트랜지스터(52)를 턴 온시키기에 적합한 전압 레벨로 노드(148)를 충전한다. 트랜지스터(112)가 제공되어 트랜지스터(52)를 턴 오프시키기에 적합한 전압 레벨로 노드(148)를 방전한다. 트랜지스터(106)가 제공되어 고전압이 노드(134)에서 수신되면 트랜지스터(110)가 턴 온되게 하며 저전압이 노드(134)에서 수신되면 트랜지스터(110)가 턴 오프되게 한다. 트랜지스터(108)가 제공되어 고전압이 노드(134)에서 수신되면 트랜지스터(112)가 턴 오프되게 하며 저전압이 노드(134)에서 수신되면 트랜지스터(112)가 턴 온되게 한다.
트랜지스터(106)는 그의 베이스 단자가 노드(140)에, 그의 이미터 단자가 노드(80)에, 그의 컬렉터 단자가 노드(107)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(108)는 그의 베이스 단자가 노드(142)에, 그의 이미터 단자가 노드(80)에, 그의 컬렉터 단자가 노드(146)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(110)는 그의 베이스 단자가 노드(144)에, 그의 이미터 단자가 노드(138)에, 그의 컬렉터 단자가 저항(130)을 통해서 노드(148)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(112)는 그의 베 이스 단자가 노드(146)에, 그의 이미터 단자가 노드(80)에, 그의 컬렉터 단자가 저항(132)을 통해서 노드(148)에 전기적으로 접속된다.
저항(114)은 노드(134,140) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(116)은 노드(140,80) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(118)은 노드(132,142) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(120)은 노드(142,80) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(122)은 노드(138,146) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(124)은 노드(144,107) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(126)은 노드(138,144) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(128)은 노드(146,80) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(130)은 노드(148)와 트랜지스터(110)의 컬렉터 간에 직렬로 접속된다. 저항(132)은 노드(148)와 트랜지스터(112)의 컬렉터 간에 직렬로 접속된다.
다음은 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로(40)의 동작을 설명한다. 광전지(100)가 광섬유 케이블(14)로부터 광을 수신하면, 광 전지(100)는 광 에너지를 노드(80)에 비해 노드(134)에서 상대적으로 높은 전압에 대응하는 노드(134,80) 간의 전압으로 변환시킨다. 다이오드(104)가 노드(134)에서의 전압이 캐패시터(102)를 충전하게 하고 이로써 노드(138)에서 고전압이 생성된다. 노드(134)에서의 고전압으로 인해서 트랜지스터(106,108)가 턴 온된다. 트랜지스터(106,108)가 턴 온되면, 베이스 전류가 트랜지스터(110)를 턴 온시키며, 트랜지스터(112)는 어떠한 베이스 전류도 가지지 않을 때문에 턴 오프된다. 트랜지스터(110)는 노드(138)에서 노드(148)로 전류가 흐르게 하고 이 전류는 노드(80)에 비해 노드(148)를 트랜지스터(52)를 턴 온시키기에 충분한 전압으로 충전한다.
이와 마찬가지로, 광전지(100)가 광섬유 케이블(14)로부터 광을 수신하지 않을 경우에는, 광전지(100)는 노드(80)에 비해 노드(134)에서 상대적으로 낮은 전압을 생성한다. 다이오드(104)는 캐패시터(102)가 노드(134)를 통해서 방전되지 않게 한다. 노드(134)에서의 저전압은 트랜지스터(106,108)를 턴 오프시킨다. 트랜지스터(106,108)가 턴 오프되면, 트랜지스터(110)가 턴 오프되고 트랜지스터(112)는 턴 온된다. 트랜지스터(112)는 노드(148)에서 노드(80)로 전류가 흐르게 하고 이로써 트랜지스터(52)를 턴 오프시키기에 충분한 전압으로 노드(148)가 방전된다.
도 3에는, 다른 예시적인 실시예에 따른 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로(40) 대신에 제어 시스템(10)에서 사용되는 광학적으로 전력을 공급받는 공진형 드라이브 회로(198)가 개략적으로 도시되어 있다. 광학적으로 전력을 공급받는 공진형 드라이브 회로(198)는 광전지(200), 캐패시터(202), 다이오드(204,252,254), 인덕터(256), 트랜지스터(206,208,210,212) 및 저항(214,216,218,220,222,224,226,228)을 포함한다. 설명을 위해서, 트랜지스터(52)의 게이트 노드(250) 및 이미터 노드(80)는 캐패시터와 같이 동작하는 것으로 한다. 이 커패시턴스는 트랜지스터(52) 베이스(148) 대 이미터(80) 커패시턴스를 포함하고 트랜지스터(52)의 게이트 노드(250)와 컬렉터(76) 간의 실효 밀러 커패시턴스(effective miller capacitance)를 포함한다.
광전지(200)가 제공되어 광섬유 케이블(14)로부터 수신된 광 에너지를 전기 에너지로 변환하고 노드(234,80) 간의 전압을 생성한다. 광전지(200)는 광이 광섬유 케이블(14)로부터 수신되고 있을 경우에는 노드(234)에서 고전압에 대응하는 전 압을 출력하며 광이 광섬유 케이블(14)로부터 수신되고 있지 않을 경우에는 노드(234)에서 저전압에 대응하는 전압을 출력한다.
캐패시터(202)가 제공되어 광전지(200)에 의해서 생성된 전기 에너지를 저장한다. 캐패시터(202)는 노드(80)에서 광전지에 전기적으로 접속되고 노드(238)에서 다이오드(204)에 전기적으로 접속된다.
다이오드(204)가 제공되어 광전지(200)가 광섬유 케이블(14)로부터 광을 수신하고 있지 않을 때에는 캐패시터(202)가 방전되는 것을 방지한다. 다이오드(204)의 양극은 노드(234)에서 광전지(200)에 전기적으로 접속된다. 다이오드(204)의 음극은 노드(238)에서 캐패시터(202)에 전기적으로 접속된다. 다이오드(204)는 전류가 광전지(200)에서 캐패시터(202)로 흐르게 한다.
트랜지스터(206,208,210,212)가 제공되어 노드(234)에서의 전압을 기반으로 하여서 트랜지스터(52)를 2 개의 동작 상태 간에서 스위칭한다. 트랜지스터(206,208,212)는 NPN 트랜지스터이며 트랜지스터(106)에 대해서 상술한 바와 유사한 방식으로 동작한다. 트랜지스터(210)는 PNP 트랜지스터이며 트랜지스터(110)에 대해서 상술한 바와 유사한 방식으로 동작한다.
트랜지스터(210)가 제공되어 트랜지스터(52)를 턴 온시키기에 적합한 전압 레벨로 노드(248) 및 노드(250)에 전압을 공급한다. 트랜지스터(212)가 제공되어 트랜지스터(52)를 턴 오프시키기에 적합한 전압 레벨로 노드(248) 및 노드(250)로 전압을 공급한다. 트랜지스터(206)가 제공되어 고전압이 노드(234)에서 수신되면 트랜지스터(210)가 턴 온되게 하며 저전압이 노드(234)에서 수신되면 트랜지스 터(210)가 턴 오프되게 한다. 트랜지스터(208)가 제공되어 고전압이 노드(234)에서 수신되면 트랜지스터(212)가 턴 오프되게 하며 저전압이 노드(234)에서 수신되면 트랜지스터(212)가 턴 온되게 한다.
트랜지스터(206)는 그의 베이스 단자가 노드(240)에, 그의 이미터 단자가 노드(80)에, 그의 컬렉터 단자가 노드(207)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(208)는 그의 베이스 단자가 노드(242)에, 그의 이미터 단자가 노드(80)에, 그의 컬렉터 단자가 노드(246)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(210)는 그의 베이스 단자가 노드(244)에, 그의 이미터 단자가 노드(238)에, 그의 컬렉터 단자가 다이오드(252)를 통해서 노드(248)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(212)는 그의 베이스 단자가 노드(246)에, 그의 이미터 단자가 노드(80)에, 그의 컬렉터 단자가 다이오드(254)를 통해서 노드(248)에 전기적으로 접속된다.
인덕터(256)가 제공되어 트랜지스터(210)가 턴 온되면 노드(248)에서의 전압보다 큰 전압으로 노드(250)를 공진적으로(resonantly) 충전하고 트랜지스터(212)가 턴 온되면 노드(248)에서의 전압보다 작은 전압으로 노드(250)를 방전한다. 인덕터는 노드(248,250) 간에서 직렬로 전기적으로 접속된다. 공진 회로는 인덕터(256) 및 트랜지스터(52)의 베이스(250) 대 이미터(80) 커패시턴스 및 베이스(250) 대 컬렉터(76) 커패시턴스를 포함한다.
다이오드(252,254)가 제공되어 트랜지스터(210)가 턴 온되면 전류의 포지티브 공진 펄스만이 트랜지스터(52)의 베이스 노드(250) 내부로 흐르게 하고 트랜지스터(212)가 턴 온되면 전류의 네거티브 공진 펄스만이 베이스 노드(250) 내부로 흐르게 한다. 다이오드(252)는 그의 양극 단자가 트랜지스터(210)의 컬렉터에 전기적으로 접속되고 그의 음극 단자가 노드(248)에 접속된다. 다이오드(252)가 제공되어 전류가 트랜지스터(210)에서 인덕터(256)로 흐르게 한다. 다이오드(254)는 그의 양극 단자가 노드(248)에 전기적으로 접속되고 그의 음극 단자가 트랜지스터(212)의 컬렉터에 전기적으로 접속된다. 다이오드(254)는 전류가 인덕터(256)로부터 트랜지스터(212)로 흐르게 한다.
저항(214)은 노드(234,240) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(216)은 노드(240,80) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(218)은 노드(234,242) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(220)은 노드(242,80) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(222)은 노드(238,246) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(224)은 노드(244,207) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(226)은 노드(238,244) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(228)은 노드(246,80) 간에서 직렬로 접속된다.
광전지(200)가 광섬유 케이블(14)로부터 광을 수신하면, 광전지(200)는 광 에너지를 노드(80)에 비해 노드(234)에서 상대적으로 높은 전압에 대응하는 전압으로 변환시킨다. 다이오드(204)가 노드(234)에서의 전압이 캐패시터(102)를 충전하게 하고 이로써 노드(238)에서 고전압이 생성된다. 노드(234)에서의 고전압으로 인해서 트랜지스터(206,208)가 턴 온된다. 트랜지스터(206,208)가 턴 온되면, 트랜지스터(210)는 턴 온되고 트랜지스터(212)는 턴 오프된다. 트랜지스터(210)는 전류가 노드(238)에서 노드(248)로 흐르게 한다. 인덕터(256) 및 트랜지스터(52)의 베이스 대 이미터 커패시턴스 및 베이스 대 컬렉터 커패시턴스는 공진 LC 회로 를 형성한다. 트랜지스터(210)가 턴 온되면, 전류의 포지티브 공진 반 펄스가 인덕터(256) 내부로 흐르게 되고 이로써 트랜지스터(52)를 턴 온시키기에 충분한 전압으로 노드(250)를 충전한다. 다이오드(252)는 트랜지스터(210)가 턴 온되면 인덕터(256) 내의 전류가 네거티브로 되는 것을 방지한다.
이와 마찬가지로, 광전지(200)가 광섬유 케이블(14)로부터 광을 수신하지 않을 경우에는, 광전지(200)는 노드(80)에 비해 노드(234)에서 상대적으로 낮은 전압을 생성한다. 다이오드(204)는 캐패시터(202)가 노드(234)를 통해서 방전되지 않게 한다. 노드(234)에서의 저전압은 트랜지스터(206,208)를 턴 오프시킨다. 트랜지스터(206,208)가 턴 오프되면, 트랜지스터(210)가 턴 오프되고 트랜지스터(212)는 턴 온된다. 트랜지스터(212)는 전류가 노드(248)에서 노드(80)로 흐르게 하여 이로써 인덕터(256)를 통해서 트랜지스터(52)의 베이스 커패시턴스가 공진적으로 방전된다. 인덕터(256) 및 트랜지스터(52)의 베이스 커패시턴스는 공진 LC 회로를 형성한다. 트랜지스터(212)가 턴 온되면, 전류의 네거티브 공진 반 펄스가 인덕터(256) 내부로 흐르게 되고 이로써 트랜지스터(52)를 턴 오프시키기에 충분한 전압으로 노드(250)를 공진적으로 방전한다. 다이오드(254)는 트랜지스터(212)가 턴 온되면 인덕터(256) 내의 전류가 포지티브로 되는 것을 방지한다.
도 4에서, 광학적으로 전력을 공급받는 공진형 드라이브 회로(198)의 단순화된 개략적 도면이 사용되어 회로(198)의 에너지 복구 기능을 설명한다. 광학적으로 전력을 공급받는 공진형 드라이브 회로(198)는 전압 소스(278), 제어 회로(280), 스위치(210,212), 다이오드(252,254), 인덕터(256) 및 캐패시터(282)로서 표현된 노드(250,80) 간의 IGBT 베이스 커패시턴스를 포함한다. 도 3의 광학적으로 전력을 공급받는 공진형 드라이브 회로(198)에서 도시된 몇 개의 요소들은 에너지 복구 특징의 동작을 보다 잘 설명하기 위해서 도 4에서는 명시적으로 도시되지는 않았다. 가령, 도 3의 저항(214,216,218,220,222,224,226,228)은 명시적으로 도시되지는 않았다.
전압 소스(278)는 광전지 셀(200), 다이오드(204) 및 캐패시터(202)의 결합을 포함한다. 전압 소스(278)가 제공되어 노드(80,238) 간의 전압을 생성함으로써 광섬유 케이블(14)로부터 수신된 광 에너지를 전기 에너지로 변환시킨다. 전압 소스는 스위치(210,212)에 전기적으로 접속된다.
제어 회로(280)는 광전지(200), 트랜지스터(206,208) 및 저항(214,216,218,220,222,224,226,228)의 결합을 포함한다. 제어 회로(280)가 제공되어 광섬유 케이블(14)로부터 수신된 광 신호를 기반으로 하여 스위치(210,212)의 동작을 제어한다. 이 제어 회로는 노드(80,238,248)에 전기적으로 접속된다. 전압 소스(278) 및 제어 회로(280)로부터 수신된 광은 광섬유 케이블(14)로부터 수신된 것이다. 다른 실시예에서, 전압 소스(278) 및 제어 회로(280)는 광섬유 케이블(14)의 상이한 광섬유들로부터 광을 수신할 수 있다.
캐패시터(282)는 제어 시스템(10) 내의 트랜지스터(52)의 베이스 대 이미터 및 베이스 대 컬렉터 커패시턴스에 대응한다. 트랜지스터(52)는 트랜지스터(52)의 게이트와 베이스 간의 충전 및 방전 특성을 설명하기 위해서 캐패시터로서 모델링된 것이다. 트랜지스터(52)가 제공되어 제어 시스템(10) 내의 전기 부하(30)를 제 어하기 위한 신호를 생성한다.
광학적으로 전력을 공급받는 공진형 드라이브 회로(198)의 동작 동안, 전압 소스(278)는 광섬유 케이블(14)로부터 광을 수신한다. 전압 소스(278)는 노드(80,238) 간의 전압을 생성함으로써 광 에너지를 전기 에너지로 변환시킨다. 광이 광섬유 케이블(14)로부터 수신되지 않으면, 전압 소스(278)는 에너지 저장 캐패시터 내에 남아 있는 전기 에너지가 소모될 때까지의 기간 동안 노드(238,80) 간의 전압을 계속 출력한다.
제어 회로(280)는 광이 광섬유 케이블(14)로부터 수신되고 있을 때에 노드(244)에서 스위치(210)를 폐쇄하는 전압을 생성하고, 광이 광섬유 케이블(14)로부터 수신되고 있지 않을 때에는 노드(244)에서 스위치(210)를 개방하는 전압을 생성한다. 또한, 제어 회로(280)는 광이 광섬유 케이블(14)로부터 수신되고 있을 때에 노드(246)에서 스위치(212)를 개방하는 전압을 생성하고, 광이 광섬유 케이블(14)로부터 수신되고 있지 않을 때에는 노드(246)에서 스위치(212)를 폐쇄하는 전압을 생성한다.
광학적으로 전력을 공급받는 공진형 드라이브 회로(198)의 에너지 복구 기능으로 인해서 이 회로(198)는 전압 소스(278)에 의해 공급되는 전압보다 큰 전압으로 캐패시터(282)를 공진적으로 충전할 수 있다. 이러한 전압에서의 이득은 이후에 상세하게 설명될 바와 같이 다이오드(252,254) 및 인덕터(256)를 사용함으로써 달성된다.
도 7 및 도 8에서, 각기 스위치(210,212)의 동작 상태를 설명하는 파 형(285,286)이 도시되어 있다. 스위치(210)가 개방되면, 이 스위치는 개방 회로와 같이 동작하여 전류가 노드(238,248) 간에서 흐르지 않게 한다. 스위치(210)가 폐쇄되면, 이 스위치는 단락 회로와 같이 동작하여, 노드(238,248) 간에서 상대적으로 대량의 전류가 흐르게 한다. 도 7 및 도 8은 스위치(210,212)가 개방 위치와 폐쇄 위치 간에서 교번하는 것을 도시한다. 즉, 스위치(210)가 폐쇄되면, 스위치(212)는 개방된다. 또한, 스위치(212)가 폐쇄되면, 스위치(210)는 개방된다. 스위치(210,212)가 양 스위치 모두가 동시에 폐쇄되는 상태를 피하기 위해서 모두가 개방되는 기간은 매우 짧다는 것을 주목할 필요가 있다. 양 스위치(210,212)가 동시에 턴 온 상태가 되면 에너지 저장 캐패시터(202)가 방전될 것이다.
도 5 내지 도 8에서, 스위치(210)가 폐쇄되고 스위치(212)가 개방되면, 전압 소스(278)에서 시작하여 스위치(210)를 통하고 이어서 다이오드(252), 인덕터(256), 캐패시터(282)에 이르고 다시 전압 소스(278)로 돌아가는 전류 루프가 형성된다. 스위치(210)가 폐쇄되면, 파형(287)은 저전압 레벨에서 고전압 레벨로 공진적으로 전이한다. 인덕터(256) 및 캐패시터(282)는 공진 회로를 형성한다. 이로써, 파형(288)에 의해 도시된 인덕터(256)를 통한 전류는 소정의 기간 동안 점점 증가하기 시작하고 이어서 점점 감소하여 제로가 된다. 포지티브 인덕터 전류는 전류가 스위치(210)로부터 다이오드(252) 및 인덕터(256)를 통해서 노드(250)로 흐르고 있음을 표시한다. 또한, 노드(250)에서의 전압은 포지티브 전류가 존재하는 동안에는 공진적으로 증가한다. 파형(288)에 의해 도시된 인덕터 전류가 제로로 복귀하면, 파형(287)은 고전압에서 안정화된다. 또한, 다이오드(252)는 역 네거티 브 전류가 흐르는 것을 방지하고 이로써 노드(250)에서의 전압이 인덕터(256)를 통해서 방전되는 것을 방지한다. 이러한 전압 및 전류는 스위치(212)가 폐쇄될 때까지 안정 상태로 유지된다.
스위치(210)가 개방되고 스위치(212)가 폐쇄되면, 캐패시터(282)에서 시작하여 인덕터(256), 다이오드(254) 및 스위치(212)를 통하여 다시 캐패시터(282)로 복귀하는 공진형 전류 루프가 형성된다. 스위치(212)가 폐쇄되면, 제어 파형(286)은 저전압 레벨에서 고전압 레벨로 전이한다. 이로써, 인덕터(256)를 통한 전류는 소정의 기간 동안 네거티브 방향으로 점점 증가하기 시작하고 이어서 점점 감소하여 제로가 되며 이러한 파형은 파형(288)으로 도시되어 있다. 네거티브 인덕터 전류는 전류가 노드(250)로부터 다이오드(254)를 통해서 스위치(212)로 흐르고 있음을 표시한다. 또한, 노드(250)에서의 전압은 네거티브 전류가 존재하는 동안에는 공진적으로 감소한다. 파형(288)에 의해 도시된 인덕터 전류가 제로로 복귀하면, 파형(287)은 저전압에서 안정화된다. 또한, 다이오드(254)는 포지티브 전류가 흐르는 것을 방지하고 이로써 노드(250)에서의 전압이 인덕터(256)를 통해서 재충전되는 것을 방지한다. 이러한 전압 및 전류는 스위치(210)가 폐쇄될 때까지 안정 상태로 유지된다.
도 9 및 도 10을 참조하여, 파형(278,288)의 확대된 부분이 사용되어 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로(198)의 에너지 복구 기능을 더 상세하게 설명한다. 영역 A는 시간 t0 내지 t1 간의 기간으로서 규정되며, 영역 B는 시간 t1 내지 t2 간의 기간으로서 규정되고, 영역 C는 시간 t3 내지 t4 간의 기간으로 규정되 며, 영역 D는 시간 t4 내지 t5 간의 기간으로 규정된다.
인덕터(256)를 통해 흐르는 전류의 변화 레이트는 노드(248,250) 간의 전압에서의 차이에 직접적으로 비례하며 인덕터(256)의 인덕턴스 값에 대해서는 간접적으로 비례한다. 따라서, 노드(248)에서의 전압이 노드(250)에서의 전압보다 크다면, 인덕터(256)를 통한 전류는 증가한다. 마찬가지로, 노드(248)에서의 전압이 노드(250)에서의 전압보다 작으면, 인덕터(256)를 통한 전류는 감소한다. 노드(248)에서의 전압이 노드(250)에서의 전압과 같다면, 인덕터(256)를 통한 전류는 일정하게 유지된다.
캐패시터(282)의 단자에서의 전압의 변화 레이트는 인덕터(256)를 통한 전류에 직접적으로 비례하며 캐패시터(282)의 커패시턴스 값에 간접적으로 비례한다. 따라서, 인덕터(256)를 통한 전류가 포지티브이면, 노드(250)에서의 전압은 증가할 것이다. 마찬가지로, 인덕터(256)를 통한 전류가 네거티브이면, 노드(250)에서의 전압은 감소할 것이다. 인덕터(256)를 통한 전류가 존재하지 않으면, 노드(250)에서의 전압은 안정되게 유지될 것이다.
도 9 및 도 10에서, 시간 t0은 스위치(210)가 폐쇄되는 시점을 지정한다. 인덕터(256)가 전류의 비연속 변화를 저항하기 때문에, 인덕터(256)를 통한 전류는 시간 t0에서 상이한 값으로 즉각적으로 점프할 수 없다. 마찬가지로, 캐패시터(252)가 그의 단자 간의 전압의 비연속 변화를 저항하기 때문에, 노드(250,80) 간의 전압도 시간 t0에서 다른 값으로 즉각적으로 점프할 수 없다. 따라서, 스위치(210)가 폐쇄된 직후에, 인덕터(256)를 통한 전류는 제로인 이전의 값을 유지하 며 노드(250)에서의 전압은 자신의 이전의 네거티브 값을 유지한다. 또한, 노드(248)에서의 전압은 노드(238)에서의 전압과 거의 동일한 값으로 점프한다.
노드(248)에서의 전압이 노드(250)에서의 전압보다 크다면, 인덕터(256)를 통한 전류는 포지티브 방향으로 증가하기 시작한다. 포지티브 전류가 인덕터(256)를 통해서 흐르기 시작하면, 전하는 노드(250)로 이동하고 이로써 노드(250)에서의 전압이 증가하기 시작한다. 그러므로, 영역 A에서, 인덕터(256)를 통한 전류도 증가하고 노드(250)에서의 전압도 증가한다. 시간 t1은 노드(248)에서의 전압이 노드(250)에서의 전압과 동일하게 되는 시점을 표시한다. 이 시점에서, 인덕터(256)를 통한 전류는 그의 최대 포지티브 값에 도달한다.
도 9 및 도 10의 영역 B에서, 시간 t1에서, 포지티브 전류가 여전히 인덕터(256) 내에서 노드(248)로부터 노드(250)로 흐르기 때문에, 노드(250)는 시간 t1 이후에 노드(248)에서의 전압보다 큰 전압으로 계속 충전될 것이다. 노드(250)에서의 전압이 노드(248)에서의 전압보다도 크기 때문에, 인덕터(256)를 통한 전류는 감소하기 시작한다. 전류가 감소할지라도, 이 전류는 여전히 노드(248)에서 노드(250)로 전하를 이동시키는 포지티브 전류이며 따라서 노드(250)에서의 전압은 계속 증가한다. 그러므로, 영역 B에서, 인덕터(256)를 통한 전류는 포지티브이지만 감소하며, 노드(250)에서의 전압은 계속 증가한다. 시간 t2는 인덕터(256)를 통한 전류가 제로로 감소하기 시작하는 시점을 표시한다. 시간 t2에서, 노드(250)에서의 전압은 그의 최대 포지티브 값에 도달한다. 또한, 노드(250)에서의 전압은 노드(248)에서의 전압보다 상당하게 크게 되는데, 그 이유는 이 회로가 인덕 터(256) 및 캐패시터(282)로 구성된 공진 회로를 통해서 전압 소스(278)에서 캐패시터(282)로 이동되는 에너지를 가지기 때문이다.
노드(250)에서의 전압이 노드(238)에서의 전압보다 크기 때문에, 인덕터(256)를 통한 전류는 다이오드(252)가 존재하지 않는다면 네거티브 방향으로 증가하기 시작할 것이다. 그러나, 다이오드(252)가 인덕터(256)를 통해서 네거티브 전류가 흐르지 못하게 하며 이로써 인덕터(256)를 통해서 노드(250)가 방전되지 않게 된다.
도 9 및 도 10의 영역 C에서, 시간 t3는 스위치(212)가 폐쇄되는 시점을 표시한다. 스위치(212)가 폐쇄된 바로 직후에, 인덕터(256)를 통한 전류는 제로인 이전의 값을 유지하며 노드(250)에서의 전압은 상대적으로 크며 포지티브인 그의 이전의 값을 유지한다. 또한, 노드(248)에서의 전압은 노드(80)에서의 전압과 거의 동일하게 된다. 따라서, 노드(250)에서의 캐패시터(282) 전압과 동일한 인덕터 양단의 네거티브 전압이 존재한다.
노드(248)에서의 전압이 노드(250)에서의 전압보다 작기 때문에, 인덕터(256)를 통한 전류의 크기는 네거티브 방향으로 증가한다. 네거티브 전류가 인덕터(256)를 통해서 흐르기 시작하면, 전하는 노드(250)에서 노드(248)로 이동하며 이로써 노드(250)에서의 전압이 감소하기 시작한다. 그러므로, 영역 C에서, 인덕터(256)를 통한 네거티브 전류의 크기는 증가하며 노드(250)에서의 전압은 감소한다. 시간 t4는 노드(248)에서의 전압이 노드(250)에서의 전압과 동일하게 되는 시점을 표시한다. 시간 t4에서, 인덕터(256)를 통한 전류는 그의 최대 네거티브 값 에 도달한다.
도 9 및 도 10의 영역 D에서, 시간 t4에서, 네거티브 전류가 여전히 인덕터(256) 내에서 흐르고 있다. 노드(248)에서의 전압이 노드(250)에서의 전압보다 여전히 보다 포지티브하기 때문에, 인덕터(256)를 통한 네거티브 전류의 크기는 감소하기 시작한다. 이 전류의 크기가 감소할지라도, 이 전류는 여전히 노드(250)에서 노드(248)를 향하여 전류를 운반하는 네거티브 전류이며 따라서 노드(250)에서의 전압은 계속 감소하기 시작한다. 그러므로, 영역 D에서, 네거티브 전류의 크기는 감소하고 캐패시터 전압도 계속 감소한다. 시간 t5는 인덕터(256)를 통한 네거티브 전류가 제로에 도달하는 시점을 표시한다. 시간 t5에서, 캐패시터(282) 전압은 그의 최대 네거티브 값에 도달한다. 또한, 인덕터(256) 전류가 제로에 도달하기 바로 전에, 노드(248)에서의 전압은 노드(250)에서의 전압보다 상당하게 크다. 캐패시터(282) 양단의 전압이 네거티브이고 인덕터(256) 전류가 제로이기 때문에, 인덕터(256)를 통한 전류는 다이오드(254)가 존재하지 않으면 포지티브 방향으로 증가하기 시작할 것이다. 그러나, 다이오드(254)가 인덕터(256)를 통해서 포지티브 전류가 흐르지 못하게 하며 이로써 인덕터(256)를 통해서 캐패시터(282)가 방전되지 않게 된다.
도 11에서, 다른 예시적인 실시예에 따라서 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로(40) 대신에 제어 시스템(10) 내에서 사용될 수 있는 광학적으로 전력을 공급받는 공진형 풀 브리지 드라이브 회로(301)가 개략적으로 도시되어 있다. 광학적으로 전력을 공급받는 공진형 풀 브리지 드라이브 회로(301)는 광전지(300), 캐패시터(302), 다이오드(304,352,354), 인덕터(386), 트랜지스터(306, 308, 310, 312, 356, 358, 360, 362) 및 저항(314, 316, 318, 320, 322, 324, 326, 332, 364, 366, 368, 370, 372, 374, 376, 378, 380, 382)를 포함한다. 도 11에서, 달리 특정되지 않는다면, 모든 전압은 노드(336)에 대한 전압이다.
광전지(300)가 제공되어 광섬유 케이블(14)로부터 수신된 광 에너지를 전기 에너지로 변환하고 노드(334,336) 간의 전압을 생성한다. 광전지(300)는 광이 광섬유 케이블(14)로부터 수신되고 있을 경우에는 노드(334)에서 고전압에 대응하는 전압을 출력하며 광이 광섬유 케이블(14)로부터 수신되고 있지 않을 경우에는 노드(334)에서 저전압에 대응하는 전압을 출력한다.
캐패시터(302)가 제공되어 광전지(300)에 의해서 생성된 전기 에너지를 저장한다. 캐패시터(302)는 노드(336)에서 광전지에 전기적으로 접속되고 노드(338)에서 다이오드(304)에 전기적으로 접속된다.
다이오드(304)가 제공되어 광전지(300)가 광섬유 케이블(14)로부터 광을 수신하고 있지 않을 때에는 캐패시터(302)가 방전되는 것을 방지한다. 다이오드(304)의 양극은 노드(334)에서 광전지(300)에 전기적으로 접속된다. 다이오드(304)의 음극은 노드(338)에서 캐패시터(302)에 전기적으로 접속된다. 다이오드(304)는 전류가 광전지(300)에서 캐패시터(302)로 흐르게 한다.
트랜지스터(306,308,310,312,356,358,360,362)가 제공되어 노드(334)에서의 전압을 기반으로 하여서 트랜지스터(52)를 2 개의 동작 상태 간에서 스위칭한다. 트랜지스터(306,308,312,356,358,362)는 NPN 트랜지스터이며 트랜지스터(106)에 대 해서 상술한 바와 유사한 방식으로 동작한다. 트랜지스터(310,360)는 PNP 트랜지스터이며 트랜지스터(110)에 대해서 상술한 바와 유사한 방식으로 동작한다.
트랜지스터(310,362)가 제공되어 노드(80)에 대해 노드(356)를 충전시키고 이로써 트랜지스터(52)의 베이스 커패시턴스를 공진적으로 충전하여 트랜지스터(52)를 턴 온시키기에 적합한 전압을 노드(80,356) 간에 생성한다. 트랜지스터(312,360)가 제공되어 노드(80)에 대해 노드(356)를 방전시키고 이로써 트랜지스터(52)의 베이스 커패시턴스를 공진적으로 방전하여 트랜지스터(52)를 턴 오프시키기에 적합한 전압을 노드(80,356) 간에 생성한다. 트랜지스터(306)가 제공되어 고전압이 노드(334)에서 수신되면 트랜지스터(310)가 턴 온되게 하며 저전압이 노드(334)에서 수신되면 트랜지스터(310)가 턴 오프되게 한다. 트랜지스터(308)가 제공되어 고전압이 노드(334)에서 수신되면 트랜지스터(312)가 턴 오프되게 하며 저전압이 노드(334)에서 수신되면 트랜지스터(312)가 턴 온되게 한다. 트랜지스터(356)가 제공되어 고전압이 노드(346)에서 수신되면 트랜지스터(360)가 턴 온되게 하며 저전압이 노드(346)에서 수신되면 트랜지스터(360)가 턴 오프되게 한다. 트랜지스터(358)가 제공되어 고전압이 노드(346)에서 수신되면 트랜지스터(362)가 턴 오프되게 하며 저전압이 노드(346)에서 수신되면 트랜지스터(362)가 턴 온되게 한다.
트랜지스터(306)는 그의 베이스 단자가 노드(340)에, 그의 이미터 단자가 노드(336)에, 그의 컬렉터 단자가 저항(324)을 통해서 노드(344)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(308)는 그의 베이스 단자가 노드(342)에, 그의 이미터 단자가 노드(336)에, 그의 컬렉터 단자가 노드(346)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(310)는 그의 베이스 단자가 노드(344)에, 그의 이미터 단자가 노드(338)에, 그의 컬렉터 단자가 다이오드(352) 및 저항(332)을 통해서 노드(348)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(312)는 그의 베이스 단자가 노드(348)에, 그의 이미터 단자가 노드(336)에, 그의 컬렉터 단자가 노드(350)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(356)는 그의 베이스 단자가 노드(390)에, 그의 이미터 단자가 노드(336)에, 그의 컬렉터 단자가 저항(374)을 통해서 노드(394)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(358)는 그의 베이스 단자가 노드(392)에, 그의 이미터 단자가 노드(336)에, 그의 컬렉터 단자가 노드(396)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(360)는 그의 베이스 단자가 노드(394)에, 그의 이미터 단자가 노드(338)에, 그의 컬렉터 단자가 다이오드(354) 및 저항(382)을 통해서 노드(80)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(362)는 그의 베이스 단자가 노드(398)에, 그의 이미터 단자가 노드(336)에, 그의 컬렉터 단자가 노드(80)에 전기적으로 접속된다.
인덕터(386)가 제공되어 트랜지스터(310)가 턴 온되면 노드(80)에 비해 노드(350)가 큰 전압을 갖도록 노드(80)에 대해 노드(356)를 공진적으로 충전하고 트랜지스터(312)가 턴 온되면 노드(80)에 비해 노드(350)가 작은 전압을 갖도록 노드(80)에 대해 노드(356)를 방전한다. 인덕터(386)는 노드(350,356) 간에서 직렬로 전기적으로 접속된다.
다이오드(352,354)가 제공되어 트랜지스터(312)가 턴 오프되면 노드(356)가 방전되는 것을 방지하고 트랜지스터(310)가 턴 오프되면 노드(356)가 재충전되는 것을 방지한다. 다이오드(352)는 그의 양극 단자가 트랜지스터(310)의 컬렉터에 전기적으로 접속되고 그의 음극 단자가 저항(332)을 통해서 노드(350)에 접속된다. 다이오드(352)가 제공되어 전류가 트랜지스터(310)에서 인덕터(386)로 흐르게 한다. 다이오드(354)는 그의 양극 단자가 트랜지스터(360)의 컬렉터에 전기적으로 접속되고 그의 음극 단자가 저항(382)을 통해서 노드(80)에 전기적으로 접속된다. 다이오드(354)는 전류가 트랜지스터(360)에서 노드(80)로 흐르게 한다.
저항(314)은 노드(334,340) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(316)은 노드(340,336) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(318)은 노드(334,342) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(320)은 노드(342,336) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(322)은 노드(338,346) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(324)은 노드(344)와 트랜지스터(306)의 컬렉터 간에서 직렬로 접속된다. 저항(326)은 노드(338,344) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(328)은 노드(346,348) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(330)은 노드(348,336) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(332)은 노드(350)와 트랜지스터(310)의 컬렉터 간에서 다이오드(352)를 통해서 직렬로 접속된다. 저항(364)은 노드(346,390) 간에 직렬로 접속된다. 저항(366)은 노드(390,336) 간에 직렬로 접속된다. 저항(368)은 노드(346,392) 간에 직렬로 접속된다. 저항(370)은 노드(392,336) 간에 직렬로 접속된다. 저항(372)은 노드(338,396) 간에 직렬로 접속된다. 저항(374)은 노드(394)와 트랜지스터(356)의 컬렉터 간에 직렬로 접속된다. 저항(376)은 노드(338,394) 간에 직렬로 접속된다. 저항(378)은 노드(396,398) 간에 직렬로 접속된다. 저항(380)은 노드(398,336) 간에 직렬로 접속된다. 저 항(382)은 노드(80)와 트랜지스터(360)의 컬렉터 간에서 다이오드(354)를 통해서 직렬로 접속된다.
다음은 광학적으로 전력을 공급받는 공진형 풀 브리지 드라이브 회로(301)의 동작을 설명한다. 광전지(300)가 광섬유 케이블(14)로부터 광을 수신하면, 광전지(300)는 광 에너지를 노드(336)에 비해 노드(334)에서 상대적으로 높은 전압에 대응하는 전압으로 변환시킨다. 다이오드(304)가 노드(334)에서의 전압이 캐패시터(302)를 충전하게 하고 이로써 노드(338)에서 고전압이 생성된다. 노드(334)에서의 고전압으로 인해서 트랜지스터(306,308)가 턴 온된다. 트랜지스터(306,308)가 턴 온되면, 노드(307,346)는 고전압 상태에서 저전압 상태로 전이하고 이로써 트랜지스터(310)는 턴 온되고 트랜지스터(312)는 턴 오프된다. 또한, 노드(346)에서의 저전압으로 인해서 트랜지스터(356,358)가 턴 오프되고 이로써 트랜지스터(360)가 턴 오프되고 트랜지스터(362)가 턴 온된다. 턴 온된 트랜지스터(310,362)는 전류가 노드(338)에서 노드(350)로, 이어서 노드(356)로, 이어서 노드(80)로, 이어서 노드(336)로 흐르게 하고, 다시 캐패시터(302)를 통해서 노드(338)로 복귀하게 한다. 다이오드(352)는 트랜지스터(312,360)가 턴 오프되는 동안 노드(356) 내부로 들어가는 전류가 인덕터(386)를 통해서 방전되지 않게 한다. 초기에 설명된 바와 같이, 이 기간 동안 인덕터(386)는 트랜지스터(52)의 베이스 커패시턴스와 함께 공진하여 트랜지스터(52)를 턴 온시킨다.
이와 마찬가지로, 광전지(300)가 광섬유 케이블(14)로부터 광을 수신하지 않을 경우에는, 광전지(300)는 노드(336)에 비해 노드(334)에서 상대적으로 낮은 전 압을 생성한다. 다이오드(304)는 캐패시터(302)가 노드(334)를 통해서 방전되지 않게 한다. 노드(334)에서의 저전압은 트랜지스터(306,308)를 턴 오프시킨다. 트랜지스터(306,308)가 턴 오프되면, 노드(307,346)가 저전압 상태에서 고전압 상태로 전이하고, 이로써 트랜지스터(310)가 턴 오프되고 트랜지스터(312)는 턴 온된다. 또한, 노드(346)에서의 고전압은 트랜지스터(356,358)를 턴 온시키고 이로써 트랜지스터(360)는 턴 온되고 트랜지스터(362)는 턴 오프된다. 트랜지스터(312)는 전류가 노드(350)에서 노드(336)로 흐르게 하여 노드(350)를 방전시킨다. 트랜지스터(360,312) 모두가 턴 온되었기에 전류가 노드(338)에서 노드(80)로, 이어서 트랜지스터(52)의 베이스 커패시턴스를 통해서 노드(356)로 흐르고, 이어서 노드(350)로, 이어서 노드(336)로 흐르고 다시 캐패시터(302)를 통해서 노드(338)로 복귀한다. 다이오드(354)는 트랜지스터(310,362)가 턴 오프되는 동안 노드(356)가 재충전되는 것을 방지한다. 이미 설명한 바와 같이, 이 기간 동안 인덕터(386)는 트랜지스터(52)의 베이스 커패시턴스와 함께 공진하여 트랜지스터(52)를 턴 오프시킨다.
도 12에서, 다른 예시적인 실시예에 따라서 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로(40) 대신에 제어 시스템(10)에서 사용되는 광학적으로 전력을 공급받는 풀 브리지 드라이브 회로(401)가 개략적으로 도시되어 있다. 광학적으로 전력을 공급받는 풀 브리지 드라이브 회로(401)는 광전지(400), 캐패시터(402), 다이오드(404), 트랜지스터(406, 408, 410, 412, 456, 458, 460, 462) 및 저항(414, 416, 418, 420, 422, 424, 426, 428, 430, 432, 464, 466, 468, 470, 472, 476, 478, 480, 482)을 포함한다. 도 12에서, 달리 특정되지 않는다면 모든 전압은 노드(436)에 대한 전압이다.
광전지(400)가 제공되어 광섬유 케이블(14)로부터 수신된 광 에너지를 전기 에너지로 변환하고 노드(434,436) 간의 전압을 생성한다. 광전지(400)는 광이 광섬유 케이블(14)로부터 수신되고 있을 경우에는 노드(434)에서 고전압에 대응하는 전압을 출력하며 광이 광섬유 케이블(14)로부터 수신되고 있지 않을 경우에는 노드(434)에서 저전압에 대응하는 전압을 출력한다.
캐패시터(402)가 제공되어 광전지(400)에 의해서 생성된 전기 에너지를 저장한다. 캐패시터(402)는 노드(436)에서 광전지에 전기적으로 접속되고 노드(438)에서 다이오드(104)에 전기적으로 접속된다.
다이오드(404)가 제공되어 광전지(400)가 광섬유 케이블(14)로부터 광을 수신하고 있지 않을 때에는 캐패시터(402)가 방전되는 것을 방지한다. 다이오드(404)의 양극은 노드(434)에서 광전지(400)에 전기적으로 접속된다. 다이오드(404)의 음극은 노드(438)에서 캐패시터(402)에 전기적으로 접속된다. 다이오드(404)는 전류가 광전지(400)에서 캐패시터(402)로 흐르게 한다.
트랜지스터(406,408,410,412,456,458,460,462)가 제공되어 노드(434)에서의 전압을 기반으로 하여서 트랜지스터(52)를 2 개의 동작 상태 간에서 스위칭한다. 트랜지스터(406,408,412,456,458,462)는 NPN 트랜지스터이며 트랜지스터(106)에 대해서 상술한 바와 유사한 방식으로 동작한다. 트랜지스터(410,460)는 PNP 트랜지스터이며 트랜지스터(110)에 대해서 상술한 바와 유사한 방식으로 동작한다.
트랜지스터(410,462)가 제공되어 노드(80)에 대해 노드(450)를 충전시키고 이로써 트랜지스터(52)를 턴 온시키기에 적합한 포지티브 전압을 노드(80,450) 간에 생성한다. 트랜지스터(412,460)가 제공되어 노드(80,450) 간에 네거티브 전압을 생성하고 이로써 트랜지스터(52)의 베이스 커패시턴스를 공진적으로 방전하여 트랜지스터(52)를 턴 오프시키기에 적합한 전압을 노드(80,450) 간에 생성한다. 트랜지스터(406)가 제공되어 고전압이 노드(434)에서 수신되면 트랜지스터(410)가 턴 온되게 하며 저전압이 노드(434)에서 수신되면 트랜지스터(410)가 턴 오프되게 한다. 트랜지스터(408)가 제공되어 고전압이 노드(434)에서 수신되면 트랜지스터(412)가 턴 오프되게 하며 저전압이 노드(434)에서 수신되면 트랜지스터(412)가 턴 온되게 한다. 트랜지스터(456)가 제공되어 고전압이 노드(446)에서 수신되면 트랜지스터(460)가 턴 온되게 하며 저전압이 노드(446)에서 수신되면 트랜지스터(460)가 턴 오프되게 한다. 트랜지스터(458)가 제공되어 고전압이 노드(446)에서 수신되면 트랜지스터(462)가 턴 오프되게 하며 저전압이 노드(446)에서 수신되면 트랜지스터(462)가 턴 온되게 한다.
트랜지스터(406)는 그의 베이스 단자가 노드(440)에, 그의 이미터 단자가 노드(436)에, 그의 컬렉터 단자가 노드(407)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(408)는 그의 베이스 단자가 노드(442)에, 그의 이미터 단자가 노드(436)에, 그의 컬렉터 단자가 노드(446)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(410)는 그의 베이스 단자가 노드(444)에, 그의 이미터 단자가 노드(438)에, 그의 컬렉터 단자가 저항(432)을 통해서 노드(440)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(412)는 그의 베이스 단자가 노드(448)에, 그의 이미터 단자가 노드(436)에, 그의 컬렉터 단자가 노드(450)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(456)는 그의 베이스 단자가 노드(490)에, 그의 이미터 단자가 노드(436)에, 그의 컬렉터 단자가 저항(474)을 통해서 노드(494)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(458)는 그의 베이스 단자가 노드(492)에, 그의 이미터 단자가 노드(436)에, 그의 컬렉터 단자가 노드(496)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(460)는 그의 베이스 단자가 노드(494)에, 그의 이미터 단자가 노드(438)에, 그의 컬렉터 단자가 저항(482)을 통해서 노드(80)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(462)는 그의 베이스 단자가 노드(498)에, 그의 이미터 단자가 노드(436)에, 그의 컬렉터 단자가 노드(80)에 전기적으로 접속된다.
저항(414)은 노드(434,440) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(416)은 노드(440,436) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(418)은 노드(434,442) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(420)은 노드(442,436) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(422)은 노드(438,446) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(424)은 노드(444)와 트랜지스터(406)의 컬렉터 간에서 직렬로 접속된다. 저항(426)은 노드(438,444) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(428)은 노드(446,448) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(430)은 노드(448,436) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(432)은 노드(450)와 트랜지스터(410)의 컬렉터 간에서 직렬로 접속된다. 저항(464)은 노드(446,490) 간에 직렬로 접속된다. 저항(466)은 노드(490,436) 간에 직렬로 접속된다. 저항(468)은 노드(446,492) 간에 직렬로 접속된다. 저항(470)은 노드(492,436) 간에 직렬로 접속된다. 저항(472)은 노드(438,496) 간에 직렬로 접속된다. 저항(474)은 노드(494) 와 트랜지스터(456)의 컬렉터 간에 직렬로 접속된다. 저항(476)은 노드(438,494) 간에 직렬로 접속된다. 저항(478)은 노드(496,498) 간에 직렬로 접속된다. 저항(480)은 노드(498,436) 간에 직렬로 접속된다. 저항(482)은 노드(80)와 트랜지스터(460)의 컬렉터 간에서 직렬로 접속된다.
이제 광학적으로 전력을 공급받는 풀 브리지 드라이브 회로(401)의 동작이 설명될 것이다. 광전지(400)가 광섬유 케이블(14)로부터 광을 수신하면, 광전지(400)는 광 에너지를 노드(436)에 비해 노드(434)에서 상대적으로 높은 전압에 대응하는 전압으로 변환시킨다. 다이오드(404)가 노드(434)에서의 전압이 캐패시터(402)를 충전하게 하고 이로써 노드(438)에서 고전압이 생성된다. 노드(434)에서의 고전압으로 인해서 트랜지스터(406,408)가 턴 온된다. 트랜지스터(406,408)가 턴 온되면, 노드(407,446)는 고전압 상태에서 저전압 상태로 전이하고 이로써 트랜지스터(410)는 턴 온되고 트랜지스터(412)는 턴 오프된다. 또한, 노드(446)에서의 저전압으로 인해서 트랜지스터(456,458)가 턴 오프되고 이로써 트랜지스터(460)가 턴 오프되고 트랜지스터(462)가 턴 온된다. 턴 온된 트랜지스터(462)는 전류가 노드(80)에서 노드(436)로 흐르게 하고 이로써 노드(80)가 방전된다. 트랜지스터(410)는 전류가 노드(438)에서 노드(450)로, 이어서 트랜지스터(52)의 베이스 커패시턴스로, 이어서 트랜지스터(462)로, 이어서 캐패시터(402)를 통해서 다시 노드(438)로 복귀하게 한다. 이로써 노드(80)에 대해 노드(450)를 트랜지스터(52)를 턴 온시키기에 충분한 포지티브 전압으로 충전시킨다.
이와 마찬가지로, 광전지(400)가 광섬유 케이블(14)로부터 광을 수신하지 않 을 경우에는, 광전지(400)는 노드(436)에 비해 노드(434)에서 상대적으로 낮은 전압을 생성한다. 다이오드(404)는 캐패시터(402)가 노드(434)를 통해서 방전되지 않게 한다. 노드(434)에서의 저전압은 트랜지스터(406,408)를 턴 오프시킨다. 트랜지스터(406,408)가 턴 오프되면, 노드(407,446)가 저전압 상태에서 고전압 상태로 전이하고, 이로써 트랜지스터(410)가 턴 오프되고 트랜지스터(412)는 턴 온된다. 또한, 노드(446)에서의 고전압은 트랜지스터(456,458)를 턴 온시키고 이로써 트랜지스터(460)는 턴 온되고 트랜지스터(462)는 턴 오프된다. 턴 온된 트랜지스터(460,412)는 전류가 노드(438)에서 노드(80)로, 이어서 트랜지스터(52)의 베이스 커패시턴스로, 이어서 트랜지스터(412)로, 이어서 캐패시터(402)를 통해서 노드(438)로 다시 복귀하게 한다. 이로써 노드(80)에 대해 노드(450)를 트랜지스터(52)를 턴 오프시키기에 충분한 네거티브 전압으로 충전시킨다.
도 13에서, 다른 예시적인 실시예에 따라서 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로(40) 대신에 제어 시스템(10)에서 사용되는 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로(499)가 개략적으로 도시되어 있다. 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로(499)는 광전지(500), 캐패시터(502), 트랜지스터(504,506,508,510) 및 저항(512,514,516,518,520)을 포함한다.
광전지(500)가 제공되어 광섬유 케이블(14)로부터 수신된 광 에너지를 전기 에너지로 변환하고 노드(524,80) 간의 전압을 생성한다. 광전지(500)는 광이 광섬유 케이블(14)로부터 수신되고 있을 경우에는 노드(524)에서 고전압에 대응하는 전압을 출력하며 광이 광섬유 케이블(14)로부터 수신되고 있지 않을 경우에는 노 드(524)에서 저전압에 대응하는 전압을 출력한다.
캐패시터(502)가 제공되어 광전지(500)에 의해서 생성된 전기 에너지를 저장한다. 캐패시터(502)는 노드(80,524)에서 광전지에 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(504,506,508,510)가 제공되어 노드(528)에서의 전압을 기반으로 하여서 트랜지스터(52)를 2 개의 동작 상태 간에서 스위칭한다. 트랜지스터(504,506,508)는 NPN 트랜지스터이며 이들의 동작은 상술한 트랜지스터(106)의 동작과 동일하다. 트랜지스터(510)는 PNP 트랜지스터이며 이의 동작은 상술한 트랜지스터(110)의 동작과 동일하다.
트랜지스터(508)가 제공되어 트랜지스터(52)를 턴 온시키기에 적합한 전압 레벨로 노드(538)를 충전한다. 트랜지스터(510)가 제공되어 트랜지스터(52)를 턴 오프시키기에 적합한 전압 레벨로 노드(538)를 방전한다. 트랜지스터(506)가 제공되어 저전압이 노드(530)에서 수신되면 트랜지스터(508)가 턴 온되게 하며 트랜지스터(510)가 턴 오프되게 하고, 고전압이 노드(530)에서 수신되면 트랜지스터(508)가 턴 오프되게 하고 트랜지스터(510)는 턴 온되게 한다. 트랜지스터(504)가 제공되어 광이 베이스 단자에서 수신되면 트랜지스터(506)를 턴 오프시키고 광이 베이스 단자에서 수신되지 않으면 트랜지스터(506)를 턴 오프시킨다.
트랜지스터(504)는 그의 베이스 단자가 광섬유 케이블(14)의 광섬유에, 그의 이미터 단자가 노드(80)에, 그의 컬렉터 단자가 노드(528)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(506)는 그의 베이스 단자가 노드(530)에, 그의 이미터 단자가 노드(80)에, 그의 컬렉터 단자가 노드(532)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(508)는 그 의 베이스 단자가 노드(534)에, 그의 이미터 단자가 노드(536)에, 그의 컬렉터 단자가 노드(524)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(510)는 그의 베이스 단자가 노드(534)에, 그의 이미터 단자가 노드(536)에, 그의 컬렉터 단자가 노드(80)에 전기적으로 접속된다.
저항(512)은 노드(524,528) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(514)은 노드(528,530) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(516)은 노드(524,532) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(518)은 노드(532,534) 간에서 직렬로 접속된다. 저항(520)은 노드(536,538) 간에서 직렬로 접속된다.
광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로(499)의 동작이 이제 설명될 것이다. 광전지(500)가 광섬유 케이블(14)의 광섬유로부터 광을 수신하면, 광 전지(500)는 광 에너지를 노드(80)에 비해 노드(524)에서 상대적으로 높은 전압에 대응하는 노드(524,80) 간의 전압으로 변환시킨다. 광전지(500)가 광섬유 케이블(14)의 광섬유로부터 광을 수신하지 않으면, 캐패시터(502)가 한정된 시간 동안 노드(524)에서의 고전압을 유지한다.
트랜지스터(504)가 그의 베이스 단자에서 제 2 광섬유 케이블로부터 광을 수신할 때, 트랜지스터(504)는 턴 온된다. 트랜지스터(504)가 턴 온되면, 노드(528)는 고전압에서 저전압으로 전이한다. 노드(528)에서의 저전압으로 인해서 트랜지스터(506)는 턴 오프된다. 트랜지스터(506)가 턴 오프되면, 노드(532)는 저전압에서 고전압으로 전이한다. 노드(532)에서의 고전압으로 인해서 트랜지스터(508)는 턴 온되고 트랜지스터(510)는 턴 오프된다. 트랜지스터(508)는 전류가 노드(524) 에서 노드(536)로 흐르게 하며 이로써 노드(538)가 충전되고 트랜지스터(52)가 턴 온된다.
마찬가지로, 트랜지스터(504)가 그의 베이스 단자에서 제 2 광섬유 케이블로부터 광을 수신하지 않으면, 트랜지스터(504)는 턴 오프된다. 트랜지스터(504)가 턴 오프되면, 노드(528)는 저전압에서 고전압으로 전이한다. 노드(528)에서의 고전압으로 인해서 트랜지스터(506)는 턴 온된다. 트랜지스터(506)가 턴 온되면, 노드(532)는 고전압에서 저전압으로 전이한다. 노드(532)에서의 저전압으로 인해서 트랜지스터(508)는 턴 오프되고 트랜지스터(510)는 턴 온된다. 트랜지스터(510)는 전류가 노드(536)에서 노드(580)로 흐르게 하며 이로써 노드(538)가 방전되고 트랜지스터(52)가 턴 오프된다.
본 발명의 실시예들은 예시적인 실시예들을 참조하여 기술되었지만, 본 기술 분야의 당업자는 다양한 변경이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 이루어지고 균등 구성 요소가 대체될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 특정 상황에 적응되도록 다양한 수정이 본 발명의 교시 사항에 대해서 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명을 실행하기 위해서 개시된 상기 실시예들로 한정되는 것이 아니라 본 발명은 이하의 청구범위 내에 해당되는 모든 실시예들을 포함한다. 또한, 용어 제 1, 제 2, 등은 그 구성 요소의 중요성의 정도를 표시하는 것이 아니라 단지 서로 간을 구별하기 위해서 사용되었다. 또한, 명사의 단수형은 구성 요소의 정량을 한정하기 위한 것이 아니라 그 구성 요소가 적어도 하나는 존재한다는 것을 나타낸다.
본 명세서에서 개시된 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로 및 방법은 다른 드라이브 회로 및 방법에 대해서 큰 장점을 갖는다. 특히, 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로는 광섬유 케이블로부터의 하나 이상의 광 신호를 통해서 전력이 부여되고 제어되어서 이 광학적으로 전력을 공급받는 드라이브 회로에 접속된 반도체 스위치의 동작을 제어하는 기술적 효과를 갖는다.

Claims (10)

  1. 제 1 반도체 스위치를 제어하는 광학적 전력 공급형 드라이브 장치로서,
    광섬유 케이블로부터 제 1 광 신호를 수신하고, 상기 제 1 광 신호에 응답하여 제 1 전압을 출력하는 광전지와,
    상기 광전지에 전기적으로 접속되고, 상기 제 1 전압으로부터만 수신된 전기 에너지를 저장하며, 제 2 전압을 출력하는 에너지 저장 장치와,
    상기 광전지 및 상기 에너지 저장 장치에 전기적으로 접속되고, 상기 제 2 전압만에 의해 작동하며, 상기 제 1 전압을 수신하고 상기 제 1 전압에 응답하여 상기 제 1 반도체 스위치의 동작을 제어하기 위한 제 3 전압을 출력하여, 상기 제 1 반도체 스위치가 상기 광학적 전력 공급형 드라이브 장치와는 독립된 전압 소스로부터의 전기 에너지를 통과시키도록 하는 전기 회로를 포함하는
    광학적 전력 공급형 드라이브 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 반도체 스위치는 상기 제 3 전압에 응답하여 부하에 전원을 공급하는
    광학적 전력 공급형 드라이브 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 회로는, 상기 전기 회로에 의해 수신되는 상기 제 1 전압에 응답하여 상기 제 1 반도체 스위치를 제 1 동작 상태로 전이시키는 제 2 반도체 스위치를 포함하는
    광학적 전력 공급형 드라이브 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전기 회로는, 상기 제 1 전압이 상기 전기 회로에 의해 수신되지 않는 것에 응답하여 상기 제 1 반도체 스위치를 제 2 동작 상태로 전이시키는 제 3 반도체 스위치를 더 포함하는
    광학적 전력 공급형 드라이브 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 회로에 의해 수신되는 상기 제 1 전압에 응답하여 상기 전기 회로로부터 상기 제 1 반도체 스위치로 무효 전력(reactive power)을 전달하는 에너지 복구 회로를 더 포함하는
    광학적 전력 공급형 드라이브 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 에너지 복구 회로는 상기 전기 회로와 상기 제 1 반도체 스위치 사이에 직렬로 접속된 인덕터를 포함하는
    광학적 전력 공급형 드라이브 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 반도체 스위치는 트랜지스터를 포함하는 광학적 전력 공급형 드라이브 장치.
  8. 광학적 전력 공급형 드라이브 장치를 이용하여 제 1 반도체 스위치를 제어하는 방법으로서,
    상기 광학적 전력 공급형 드라이브 장치는 에너지 저장 장치 및 전기 회로의 양쪽에 전기적으로 접속된 광전지를 구비하고, 상기 전기 회로는 상기 제 1 반도체 스위치에 전기적으로 접속되고,
    상기 광전지에서 광섬유 케이블로부터 제 1 광 신호를 수신하고 상기 제 1 광 신호에 응답하여 제 1 전압을 생성하는 단계와,
    상기 에너지 저장 장치에서 상기 제 1 전압만으로부터의 에너지를 저장하고 상기 에너지 저장 장치로부터 제 2 전압을 출력하는 단계와,
    상기 제 2 전압만을 사용하여 상기 전기 회로를 작동시키는 단계와,
    상기 전기 회로에 의해 수신되는 상기 제 1 전압에 응답하여 상기 제 1 반도체 스위치를 제 1 동작 상태로 전이시키는 것에 의해, 상기 제 1 반도체 스위치가 상기 광학적 전력 공급형 드라이브 장치와는 독립된 전압 소스로부터의 전기 에너지를 통과시키도록 하는 단계를 포함하는
    광학적 전력 공급형 드라이브 장치를 이용한 제 1 반도체 스위치 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 전압이 상기 전기 회로에 의해 수신되지 않는 것에 응답하여 상기 제 1 반도체 스위치를 제 2 동작 상태로 전이시키는 단계를 더 포함하는
    광학적 전력 공급형 드라이브 장치를 이용한 제 1 반도체 스위치 제어 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 광학적 전력 공급형 드라이브 장치는 상기 전기 회로에 의해 수신되는 상기 제 1 전압에 응답하여 상기 전기 회로로부터 상기 제 1 반도체 스위치로 에너지를 전달하는 공진 회로를 더 구비하는
    광학적 전력 공급형 드라이브 장치를 이용한 제 1 반도체 스위치 제어 방법.
KR1020060110953A 2005-11-14 2006-11-10 광학적 전력 공급형 드라이브 장치 및 광학적 전력 공급형 드라이브 장치를 이용한 제 1 반도체 스위치 제어 방법 KR101288202B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/273,178 2005-11-14
US11/273,178 US7449668B2 (en) 2005-11-14 2005-11-14 Optically powered drive circuit and method for controlling a semiconductor switch

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070051687A KR20070051687A (ko) 2007-05-18
KR101288202B1 true KR101288202B1 (ko) 2013-07-19

Family

ID=37744556

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060110953A KR101288202B1 (ko) 2005-11-14 2006-11-10 광학적 전력 공급형 드라이브 장치 및 광학적 전력 공급형 드라이브 장치를 이용한 제 1 반도체 스위치 제어 방법

Country Status (7)

Country Link
US (2) US7449668B2 (ko)
EP (1) EP1786105B1 (ko)
JP (1) JP4993685B2 (ko)
KR (1) KR101288202B1 (ko)
CN (2) CN104184310B (ko)
CA (2) CA2566959C (ko)
IL (1) IL179133A0 (ko)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7439712B2 (en) * 2006-02-21 2008-10-21 Mccowen Clint Energy collection
JP2008244972A (ja) * 2007-03-28 2008-10-09 Advantest Corp 半導体リレー
KR100965941B1 (ko) * 2007-10-05 2010-06-24 한국과학기술원 수동형 광 가입자 망에서 향상된 서비스를 제공하기 위한원격 노드의 구조 및 이를 구비한 수동형 광 가입자 망
JP5225033B2 (ja) * 2008-11-12 2013-07-03 キヤノン株式会社 通信機器及びその制御方法
US8101898B2 (en) * 2009-03-23 2012-01-24 General Electric Company Optically gated MEMS switch
US8358031B2 (en) * 2010-02-26 2013-01-22 General Electric Company System and method for a single stage power conversion system
EP2564432A2 (en) * 2010-04-27 2013-03-06 University of Florida Research Foundation, Incorporated Electronic gate enhancement of schottky junction solar cells
CN103797714B (zh) * 2011-06-20 2017-03-01 Abb研究有限公司 栅极控制电路、功率模块和相关联的方法
JP2013208017A (ja) * 2012-03-29 2013-10-07 Denso Corp 電力変換装置
CN103532357A (zh) * 2012-07-04 2014-01-22 北京精密机电控制设备研究所 一种基于mosfet的功率驱动电路
US9331603B2 (en) 2014-08-07 2016-05-03 Ion Power Group, Llc Energy collection
CN106602504B (zh) * 2017-02-28 2018-11-06 阳光电源股份有限公司 一种光伏快速关断装置及光伏系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03286619A (ja) * 1990-04-02 1991-12-17 Mitsubishi Electric Corp 絶縁ゲート形半導体装置のゲート駆動回路および該回路を用いたフラッシュ制御装置
JPH05122035A (ja) * 1991-05-10 1993-05-18 Fuji Electric Co Ltd 駆動電源内蔵型半導体装置
JPH05243950A (ja) * 1992-02-26 1993-09-21 Honda Motor Co Ltd スイッチング素子の駆動回路
JPH09121531A (ja) * 1995-08-21 1997-05-06 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4129785A (en) 1977-10-31 1978-12-12 Monsanto Company Solid state switch
US4833317A (en) * 1987-09-03 1989-05-23 The Boeing Company Optically powered resolver
JPH01194857A (ja) * 1988-01-27 1989-08-04 Toshiba Corp ベース駆動回路
JPH02138928U (ko) * 1989-04-26 1990-11-20
DE4215199A1 (de) * 1991-05-10 1992-12-03 Fuji Electric Co Ltd Halbleitervorrichtung mit eingebauter treiberstromquelle
DE69226021T2 (de) * 1992-09-23 1998-10-22 St Microelectronics Srl Treiberschaltung für einen elektronischen Schalter
JPH0833315A (ja) * 1994-07-08 1996-02-02 Toshiba Corp 負荷駆動装置
US5910738A (en) * 1995-04-07 1999-06-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Driving circuit for driving a semiconductor device at high speed and method of operating the same
DE19735583C1 (de) * 1997-08-16 1999-03-18 Daimler Benz Ag Verfahren und Anordnung zum Ansteuern eines Schaltelements
US6018386A (en) 1998-07-03 2000-01-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Oscillatory, optically coupled measurement system
US6870405B2 (en) * 1999-02-24 2005-03-22 Potchefstroom University For Christian Higher Education Method for driving an insulated gate semiconductor device using a short duration pulse
JP3851893B2 (ja) * 2003-08-27 2006-11-29 株式会社東芝 半導体集積回路装置
JP4415779B2 (ja) * 2004-03-25 2010-02-17 株式会社デンソー 二次空気導入システム用駆動装置
JP4253318B2 (ja) * 2004-08-06 2009-04-08 株式会社エヌ・ティ・ティ・データ・イー・エックス・テクノ スイッチング手段駆動回路、スイッチング手段の駆動方法、電源装置、及びスイッチング回路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03286619A (ja) * 1990-04-02 1991-12-17 Mitsubishi Electric Corp 絶縁ゲート形半導体装置のゲート駆動回路および該回路を用いたフラッシュ制御装置
JPH05122035A (ja) * 1991-05-10 1993-05-18 Fuji Electric Co Ltd 駆動電源内蔵型半導体装置
JPH05243950A (ja) * 1992-02-26 1993-09-21 Honda Motor Co Ltd スイッチング素子の駆動回路
JPH09121531A (ja) * 1995-08-21 1997-05-06 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20070051687A (ko) 2007-05-18
CA2915120C (en) 2017-07-04
US7741591B2 (en) 2010-06-22
EP1786105B1 (en) 2019-05-22
US20090050792A1 (en) 2009-02-26
CN1983779A (zh) 2007-06-20
US7449668B2 (en) 2008-11-11
CA2566959C (en) 2016-05-03
CA2915120A1 (en) 2007-05-14
JP4993685B2 (ja) 2012-08-08
IL179133A0 (en) 2007-03-08
EP1786105A2 (en) 2007-05-16
CN104184310B (zh) 2021-05-04
CA2566959A1 (en) 2007-05-14
CN104184310A (zh) 2014-12-03
EP1786105A3 (en) 2010-04-14
JP2007143387A (ja) 2007-06-07
US20070107765A1 (en) 2007-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101288202B1 (ko) 광학적 전력 공급형 드라이브 장치 및 광학적 전력 공급형 드라이브 장치를 이용한 제 1 반도체 스위치 제어 방법
US8098023B2 (en) Driving circuit for and semiconductor device for driving laser diode
CN101572499B (zh) 具间歇省电模式管理电路的切换式控制器
US7920013B2 (en) Systems and methods for oscillation suppression in switching circuits
EP0993105A1 (en) Control of power transfer in a flyback converter by modulating the off-phase in function of the load
US20030184269A1 (en) Switching regulator having two or more outputs
JP2008541507A (ja) 電力用電界効果トランジスタ（ｆｅｔ）の駆動システムおよびその方法
CN103516207A (zh) 不连续模式dc/dc转换器的同步整流器定时器
KR20110136964A (ko) Ｄｃ-ｄｃ 부스트 컨버터 회로 및 그 구동 방법
US20110156495A1 (en) Switching method and apparatus
US6449179B1 (en) Multi-level quasi-resonant power inverter
CN104485819A (zh) 一种升压电路
CN101267159A (zh) 开关电路
US4621311A (en) High-speed switching regulator
US8436662B2 (en) Junction gate driver with tapped inductor current source
US20240113502A1 (en) Auto Flux Timing for Current Resonant Laser Diode Driver
JPH05344721A (ja) スイッチングレギュレ−タ
JPH11285242A (ja) スイッチングレギュレータ装置
JPH10257757A (ja) スイッチング電源回路

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160630

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170630

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190711

Year of fee payment: 7