KR101477351B1

KR101477351B1 - 반도체 스위치 소자의 보호 회로 및 게이트 구동 회로

Info

Publication number: KR101477351B1
Application number: KR1020120119889A
Authority: KR
Inventors: 방성만
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2014-12-29
Also published as: KR20140053668A; US20140118872A1; US9103888B2; CN103795381B; CN103795381A

Abstract

본 발명은 반도체 스위치 소자의 보호 회로 및 게이트 구동 회로에 관한 것으로, 상기 반도체 스위치 소자의 보호 회로는 게이트 신호에 따라 동작하여 부하 전류를 조절하는 반도체 스위치 소자를 통해 흐르는 상기 부하 전류가, 과 전류 인지 여부를 판단하는 과 전류 판단부와, 상기 부하 전류를 검출하는 전류 검출부로부터의 검출값에 기초해서 부하 오픈 여부를 판단하는 부하 오픈 판단부와, 상기 게이트 신호가 상기 반도체 스위치 소자의 턴온 레벨인 동안에, 상기 과 전류 또는 부하 오픈으로 판단되면 폴트 신호를 생성하는 오류 검출부를 포함할 수 있다.

Description

반도체 스위치 소자의 보호 회로 및 게이트 구동 회로{PROTECTION CIRCUIT AND GATE DRIVING CIRCUIT FOR SEMICONDUCTOR SWITCH DEVICE}

본 발명은 전력용 반도체 스위치 회로에 적용될 수 있고, 반도체 스위치 소자의 구동 중에, 과 전류 보호 및 부하 오픈 감지 기능을 수행할 수 있는 반도체 스위치 소자의 보호 회로 및 게이트 구동 회로에 관한 것이다.

일반적으로, 전력용 반도체 스위치 회로는, 모터 등의 부하에 구동 신호를 제공하기 위해 복수의 반도체 스위치 소자를 포함할 수 있다. 이때, 반도체 스위치는 상측(high side) 스위치 소자와 하측(low side) 스위치 소자로 이루어질 수 있다. 상기 스위치 소자는 IGBT 또는 MOSFET으로 구현될 수 있다.

전력용 반도체 스위치 회로를 구동시키기 위해서는 게이트 구동 회로가 필요하고, 이 게이트 구동 회로는 입력신호를 제공받아 스위치 소자를 동작시킬 수 있는 레벨을 갖는 게이트 신호를 생성한다.

그런데, 전력용 반도체 스위치 회로는, 스위치 소자에 정격 전류보다 높은 과 전류(over current)가 흐를 수 있으므로, 과 전류에 의한 소자의 소손을 방지하기 위해서, 이 과 전류에 대한 보호기능이 필요하다.

또한, 부하가 오픈된 경우에는, 검출 신호가 낮은 상태가 되므로, 상기 전력용 반도체 스위치 회로는, 스위치 소자가 계속적으로 구동되는 오 동작을 할 수 있다. 따라서, 이를 방지하기 위해서, 상기 전력용 반도체 스위치 회로는, 부하의 오픈을 감지하는 기능을 필요로 한다.

하기 선행기술문헌에 기재된 특허문헌 1은, 모터 구동 장치에 관한 것으로, 과 전류 방지 기능을 수행할 수 있으나, 반도체 스위치 소자의 구동 중에, 과 전류 보호 및 부하 오픈 감지 기능을 동시에 수행하는 사항을 개시하고 있지 않다.

한국 공개특허공보 제10-1997-72580호

본 발명의 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 반도체 스위치 소자의 구동 중에, 과 전류 보호 및 부하 오픈 감지 기능을 수행할 수 있는 반도체 스위치 소자의 보호 회로 및 게이트 구동 회로를 제공한다.

본 발명의 제1 기술적인 측면으로써, 본 발명은, 게이트 신호에 따라 동작하여 부하 전류를 조절하는 반도체 스위치 소자를 통해 흐르는 상기 부하 전류가, 과 전류 인지 여부를 판단하는 과 전류 판단부; 상기 부하 전류를 검출하는 전류 검출부로부터의 검출값에 기초해서 부하 오픈 여부를 판단하는 부하 오픈 판단부; 및 상기 게이트 신호가 상기 반도체 스위치 소자의 턴온 레벨인 동안에, 상기 과 전류 또는 부하 오픈으로 판단되면 폴트 신호를 생성하는 오류 검출부; 를 포함하는 반도체 스위치 소자의 보호 회로를 제안한다.

또한, 본 발명의 제2 기술적인 측면으로써, 본 발명은 부하의 전류를 조절하는 반도체 스위치 소자에 게이트 신호를 제공하는 게이트 신호 생성부; 상기 반도체 스위치 소자를 통해 흐르는 부하 전류가, 과 전류 인지 여부를 판단하는 과 전류 판단부; 상기 부하 전류를 검출하는 전류 검출부로부터의 검출값에 기초해서 부하 오픈 여부를 판단하는 부하 오픈 판단부; 상기 게이트 신호가 상기 반도체 스위치 소자의 턴온 레벨인 동안에, 상기 과 전류 또는 부하 오픈으로 판단되면 폴트 신호를 생성하는 오류 검출부; 및 상기 폴트 신호에 따라 상기 게이트 구동부의 동작을 정지시키는 보호 제어부; 를 포함하는 반도체 스위치 소자의 게이트 구동 회로를 제안한다.

본 발명의 제1 및 제2 기술적인 측면에서, 상기 과 전류 판단부는, 상기 전류 검출부로부터의 검출값과 사전에 설정된 과 전류 기준값을 비교하여, 상기 검출값이 상기 과 전류 기준값 이상이면 과 전류로 판단하도록 이루어질 수 있다.

상기 과 전류 판단부는, 상기 전류 검출부로부터의 검출값을 입력받는 비반전 입력단과, 사전에 설정된 과 전류 기준값을 입력받는 반전 입력단과, 상기 검출값과 상기 과 전류 기준값을 비교하여 이 비교결과에 따른 과 전류 판단신호를 제공하는 출력단을 갖는 제1 비교기를 포함하도록 이루어질 수 있다.

상기 부하 오픈 판단부는, 상기 전류 검출부로부터의 검출값과 사전에 설정된 부하 오픈 기준값을 비교하여, 상기 검출값이 상기 부하 오픈 전류 기준값 이하이면 부하 오픈으로 판단하도록 이루어질 수 있다.

상기 부하 오픈 판단부는, 상기 전류 검출부로부터의 검출값을 입력받는 반전 입력단과, 사전에 설정된 부하 오픈 기준값을 입력받는 비반전 입력단과, 상기 검출값과 상기 부하 오픈 기준값을 비교하여 이 비교결과에 따른 부하 오픈 판단신호를 제공하는 출력단을 갖는 제2 비교기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 반도체 스위치 소자의 보호 회로 또는 게이트 구동 회로는, 상기 게이트 신호의 레벨을 변환하여 상기 오류 검출부에 제공하는 레벨 시프터를 더 포함할 수 있다.

게다가, 상기 반도체 스위치 소자의 보호 회로 또는 게이트 구동 회로는, 상기 레벨 시프터와 상기 오류 검출부 사이에 설치되어, 상기 레벨 시프터로부터의 신호에 포함된 잡음을 제거하는 제1 필터부; 상기 과 전류 판단부와 상기 오류 검출부 사이에 설치되어, 상기 과 전류 판단부의 신호에 포함된 잡음을 제거하는 제2 필터부; 및 상기 부하 오픈 판단부와 상기 오류 검출부 사이에 설치되어, 상기 부하 오픈 전류 판단부의 신호에 포함된 잡음을 제거하는 제3 필터부; 를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 제1 및 제2 기술적인 측면에서, 상기 오류 검출부는, 상기 제1 필터부로부터의 신호와 상기 제2 필터부로부터의 신호를 논리곱 연산하는 제1 논리 게이트; 상기 제1 필터부로부터의 신호와 상기 제3 필터부로부터의 신호를 논리곱 연산하는 제2 논리 게이트; 및 상기 제1 논리 게이트의 출력신호와 상기 제2 논리 게이트의 출력신호를 논리합 연산하는 제3 논리 게이트; 를 포함할 수 있다.

상기 오류 검출부는, 상기 제1 필터부로부터의 신호를 반전하는 인버터; 상기 제2 필터부의 출력단과 접지 사이에 설치되어, 상기 인버터의 출력신호에 따라 동작하는 제1 스위치; 상기 제3 필터부의 출력단과 접지 사이에 설치되어, 상기 인버터의 출력신호에 따라 동작하는 제2 스위치; 및 상기 제2 필터부의 출력단의 신호와 상기 제3 필터부의 출력단의 신호를 논리합 연산하는 논리 게이트; 를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 반도체 스위치 소자의 게이트 구동 회로에서, 반도체 스위치 소자의 구동 중에, 과 전류 보호 및 부하 오픈 감지 기능을 수행할 수 있다.

또한, 게이트 신호를 이용하여 반도체 스위치 소자가 구동중인지 여부를 판단하고, 반도체 스위치 소자가 구동중인 경우에만 과 전류 또는 부하 오픈을 검출하도록 함으로서, 잡음에 의한 잘못된 과 전류를 검출하는 에러를 범하지 않을 수 있으며, 반도체 스위치 소자의 부하가 오픈 인지 여부를 정확히 감지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 스위치 소자의 게이트 구동 회로의 블럭도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 스위치 소자의 게이트 구동 회로의 상세 블록도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 레벨 시프터, 제1, 제2 및 제3 필터부가 개시된 블록도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 오류 검출부의 제1 구현 예시도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 오류 검출부의 제2 구현 예시도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 주요 신호의 타이밍 챠트.

이하에서는, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 각 실시 예에 있어서, 일 예로써 설명되는 구조, 형상 및 수치는 본 발명의 기술적 사항의 이해를 돕기 위한 하나의 예시에 불과하므로, 이에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.

그리고, 본 발명에 참조된 도면에서 본 발명의 전반적인 내용에 비추어 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위해서, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 스위치 소자의 게이트 구동 회로의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 스위치 소자의 게이트 구동 회로의 상세 블록도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 스위치 소자의 보호 회로는, 전원단(Vdd)과 접지 사이에 연결된 부하(10)에 흐르는 부하 전류(Idr)를 조절하기 위한 반도체 스위치 소자(50)를 보호하기 위해서, 상기 과 전류 판단부(200), 부하 오픈 판단부(300), 오류 검출부(400) 및 보호 제어부(500)를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 스위치 소자의 게이트 구동 회로는, 상기 반도체 스위치 소자(50)를 구동하기 위해서, 게이트 신호 생성부(100), 과 전류 판단부(200), 부하 오픈 판단부(300), 오류 검출부(400) 및 보호 제어부(500)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 반도체 스위치 소자(50)는 IGBT 또는 MOSFET으로 구현될 수 있다.

상기 게이트 신호 생성부(100)는, 부하(10)의 전류를 조절하는 반도체 스위치 소자(50)에 게이트 신호(SG1)를 제공할 수 있다.

이때, 상기 게이트 신호 생성부(100)는, 입력 신호(Sin)의 레벨을 상기 반도체 스위치 소자(50)의 구동에 적합한 레벨로 변환하고, 상기 보호 제어부(500)로부터의 제어신호(SC)에 따라 턴온 구간이 조절된 상기 게이트 신호(SG1)를 생성할 수 있다.

상기 과 전류 판단부(200)는, 상기 반도체 스위치 소자(50)를 통해 흐르는 부하 전류(Idr)를 검출하는 전류 검출부(80)로부터의 검출값(Vd)에 기초해서, 과 전류 여부를 판단할 수 있다. 만약 상기 부하(10)에 과 전류가 흐를 경우에는 상기 부하 전류(Idr)에 대응되는 검출값(Vd)이 과 전류의 판단 기준이 되는 전압보다 높게 되고, 이때 상기 과 전류 판단부(200)는, 사전에 설정된 특정 레벨(예, 하이레벨)을 갖는 과 전류 판단신호(Sover)를 제공할 수 있다.

여기서, 상기 전류 검출부(80)는 상기 부하 전류(Idr)를 전압 레벨로 검출할 수 있으며, 이에 따라 상기 검출값(Vd)은 전압 레벨이 될 수 있다.

상기 부하 오픈 판단부(300)는, 상기 전류 검출부(80)로부터의 검출값(Vd)에 기초해서 부하 오픈 여부를 판단할 수 있다. 만약 부하 오픈일 경우에는 전류가 거의 흐르지 않을 것이므로, 상기 검출값(Vd)도 거의 0V가 될 수 있다. 이때, 상기 부하 오픈 판단부(300)는, 사전에 설정된 특정 레벨(예, 하이레벨)을 포함하는 부하 오픈 판단신호(Sopen)를 제공할 수 있다.

상기 오류 검출부(400)는, 상기 게이트 신호(SG1)가 상기 반도체 스위치 소자(50)의 턴온 레벨인 동안에, 상기 과 전류 또는 부하 오픈으로 판단되면 폴트 신호(SF)를 생성할 수 있다.

이와 같이, 상기 오류 검출부(400)는, 상기 반도체 스위치 소자(50)의 턴온 레벨인 동안에만 과 전류 또는 부하 오픈을 판단하도록 함으로써, 상기 반도체 스위치 소자(50)가 구동중일 경우에만 과 전류 또는 부하 오픈을 판단할 수 있다. 따라서, 상기 반도체 스위치 소자(50)가 구동중이 아닐 경우에는, 과 전류 또는 부하 오픈에 대한 판단을 하지 않도록 함으로써, 상기 반도체 스위치 소자(50)가 구동중이 아닐 경우에 과 전류 또는 부하 오픈에 대한 잘못된 판단을 하지 않도록 할 수 있다.

이때 상기 폴트 신호(SF)는, 상기 과 전류 또는 부하 오픈으로 판단된 경우에는 사전에 설정된 특정 레벨(예, 하이레벨)을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 보호 제어부(500)는, 상기 폴트 신호(SF)에 따라 상기 게이트 구동부(100)의 동작을 정지시킬 수 있다. 즉, 상기 보호 제어부(500)는, 상기 폴트 신호(SF)에 따라 사전에 설정된 특정 레벨을 포함하는 제어 신호(SC)를 상기 게이트 구동부(100)에 제공하여, 상기 게이트 구동부(100)의 동작을 정지시킬 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 과 전류 판단부(200)는, 상기 전류 검출부(80)로부터의 검출값(Vd)과 사전에 설정된 과 전류 기준값(Vref1)을 비교하여, 상기 검출값(Vd)이 상기 과 전류 기준값(Vref1) 이상이면 과 전류로 판단할 수 있다.

상기 부하 오픈 판단부(300)는, 상기 전류 검출부(80)로부터의 검출값(Vd)과 사전에 설정된 부하 오픈 기준값(Vref2)을 비교하여, 상기 검출값(Vd)이 상기 부하 오픈 전류 기준값(Vref2) 이하이면 부하 오픈으로 판단할 수 있다.

일 구현 예로, 상기 전류 검출부(80)는, 상기 부하 전류(Idr)를 검출하는 센스 저항(81)과, 상기 센스 저항(81)에 의한 검출값을 필터링 하는 RC 필터부(82)를 포함할 수 있다. 상기 전류 검출부(80)는 전류를 검출할 수 있는 회로로 구현될 수 있는 것으로, 상기 구현 예에 한정되지 않는다.

일 구현 예로, 상기 과 전류 판단부(200)는 제1 비교기(COM1)를 포함할 수 있으며, 상기 제1 비교기(COM1)는 상기 전류 검출부(80)로부터의 검출값(Vd)을 비반전 입력단을 통해 입력받고, 사전에 설정된 과 전류 기준값(Vref1)을 반전 입력단을 통해 입력받아서, 상기 검출값(Vd)과 상기 과 전류 기준값(Vref1)을 비교하여 이 비교결과에 따른 과 전류 판단신호(Sover)를 출력단을 통해 출력할 수 있다.

이때, 상기 과 전류 판단신호(Sover)는, 상기 검출값(Vd)이 상기 과 전류 기준값(Vref1) 이상이면 하이레벨을 갖는 신호가 되고, 상기 검출값(Vd)이 상기 과 전류 기준값(Vref1) 미만이면 로우레벨을 갖는 신호가 된다.

일 구현 예로, 상기 부하 오픈 판단부(300)는 제2 비교기(COM2)를 포함할 수 있으며, 상기 제2 비교기(COM2)는 상기 전류 검출부(80)로부터의 검출값(Vd)을 반전 입력단을 통해 입력받고, 사전에 설정된 부하 오픈 기준값(Vref2)을 비반전 입력단을 통해 입력받아서, 상기 검출값(Vd)과 상기 부하 오픈 기준값(Vref2)을 비교하여 이 비교결과에 따른 부하 오픈 판단신호(Sopen)를 출력단을 통해 제공할 수 있다.

이때, 상기 부하 오픈 판단신호(Sopen)는, 상기 검출값(Vd)이 상기 부하 오픈 기준값(Vref2) 미만이면 하이레벨을 갖는 신호가 되고, 상기 검출값(Vd)이 상기 부하 오픈 기준값(Vref2) 이상이면 로우레벨을 갖는 신호가 된다.

한편, 상기 게이트 신호 생성부(100)는, 일 구현 예로, 비교부(110), 노이즈 필터(120), 구동 로직부(130), 증폭부(140) 및 스위칭 회로부(150)를 포함할 수 있다. 상기 게이트 신호 생성부(100)는 게이트 신호를 생성할 수 있는 회로로 구현될 수 있는 것으로, 상기 구현 예에 한정되지 않는다.

상기 비교부(110)는, 상기 입력신호(Sin)를 사전에 설정된 값과 비교하여 하이레벨 및 로우레벨을 갖는 신호를 출력할 수 있다.

상기 노이즈 필터(120)는, 상기 비교부(110)로부터의 신호에 포함된 노이즈를 제거할 수 있다.

상기 구동 로직부(130)는, 상기 노이즈 필터(120)로부터의 신호에 따라, 상기 보호 제어부(500)로부터의 제어신호(SC)에 따라 턴온 구간이 조절된 신호를 생성할 수 있다.

상기 증폭부(140)는, 상기 구동 로직부(130)로부터의 신호를 사전에 설정된 이득으로 증폭할 수 있다.

그리고, 상기 스위칭 회로부(150)는, 상기 증폭부(140)로부터의 신호에 따라 상호 교대로 스위칭을 수행하는 스택구조의 2개의 스위치를 포함하여, 상기 반도체 스위치 소자(50)의 구동에 적합한 레벨을 갖는 상기 게이트 신호(SG1)를 생성할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 레벨 시프터, 제1, 제2 및 제3 필터부가 개시된 블록도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 스위치 소자의 보호 회로 및 게이트 구동 회로는, 레벨 시프터(610), 제1 필터부(620), 제2 필터부(630) 및 제3 필터부(640)를 더 포함할 수 있다.

상기 레벨 시프터(610)는, 상기 게이트 신호(SG1)의 레벨을 변환하여 상기 제1 필터부(620)에 제공할 수 있다.

상기 제1 필터부(620)는, 상기 레벨 시프터(610)와 상기 오류 검출부(400) 사이에 설치되어, 상기 레벨 시프터(610)로부터의 신호에 포함된 잡음을 제거하여 잡음이 제거된 게이트 신호(SG11)를 상기 오류 검출부(400)에 제공할 수 있다.

상기 제2 필터부(630)는, 상기 과 전류 판단부(200)와 상기 오류 검출부(400) 사이에 설치되어, 상기 과 전류 판단부(200)의 과 전류 판단 신호(Sover)에 포함된 잡음을 제거하여 잡음이 제거된 과 전류 판단 신호(Sover1)를 상기 오류 검출부(400)에 제공할 수 있다.

그리고, 상기 제3 필터부(640)는, 상기 부하 오픈 판단부(300)와 상기 오류 검출부(400) 사이에 설치되어, 상기 부하 오픈 전류 판단부(300)의 부하 오픈 판단 신호(Sopen)에 포함된 잡음을 제거하여 잡음이 제거된 부하 오픈 판단 신호(Sopen1)를 상기 오류 검출부(400)에 제공할 수 있다.

상기 오류 검출부(400)에 대한 구현 예를 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하며, 도 4 및 도 5는 상기 오류 검출부(400)의 구현 예로서, 이에 한정되지 않는다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 오류 검출부의 제1 구현 예시도이다.

도 4를 참조하면, 상기 오류 검출부(400)는 제1 논리 게이트(411), 제2 논리 게이트(412) 및 제3 논리 게이트(413)를 포함할 수 있다.

상기 제1 논리 게이트(411)는, 상기 제1 필터부(620)로부터의 게이트 신호(SG11)와 상기 제2 필터부(630)로부터의 과 전류 판단신호(Sover1)를 논리곱 연산한다. 예를 들어 상기 제1 논리 게이트(411)는 상기 게이트 신호(SG11)가 하이레벨이고 상기 과 전류 판단신호(Sover1)가 하이레벨일 경우에 하이레벨의 신호를 출력한다.

상기 제2 논리 게이트(412)는 상기 제1 필터부(630)로부터의 신호(SG11)와 상기 제3 필터부(640)로부터의 신호(Sopen1)를 논리곱 연산한다. 예를 들어, 상기 제2 논리 게이트(412)는 상기 게이트 신호(SG11)가 하이레벨이고 상기 부하 오픈 판단신호(Sopen1)가 하이레벨일 경우에 하이레벨의 신호를 출력한다.

그리고, 상기 제3 논리 게이트(413)는 상기 제1 논리 게이트(411)의 출력신호와 상기 제2 논리 게이트(412)의 출력신호를 논리합 연산한다. 예를 들어, 상기 제3 논리 게이트(413)는 상기 제1 논리 게이트(411)의 출력신호와 상기 과 전류 판단신호(Sover1)중 적어도 하나가 하이레벨일 경우에 하이레벨의 신호를 출력한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 오류 검출부의 제2 구현 예시도이다.

도 5를 참조하면, 상기 오류 검출부(400)는 인버터(421), 제1 스위치(422), 제2 스위치(423) 및 논리 게이트(424)를 포함할 수 있다.

상기 인버터(421)는, 상기 제1 필터부(620)로부터의 게이트 신호(SG11)를 반전하여 레벨 반전된 신호를 제공한다. 예를 들어, 상기 게이트 신호(SG11)가 하이레벨일 경우에는 로우레벨로 반전시키고, 상기 게이트 신호(SG11)가 로우레벨일 경우에는 하이레벨로 반전시킨다.

상기 제1 스위치(422)는 상기 제2 필터부(630)의 출력단과 접지 사이에 설치되어, 상기 인버터(421)의 출력신호에 따라 동작한다. 상기 제2 스위치(423)는 상기 제3 필터부(640)의 출력단과 접지 사이에 설치되어, 상기 인버터(421)의 출력신호에 따라 동작한다. 예를 들어, 상기 게이트 신호(SG11)가 하이레벨일 경우에는 상기 제1 및 제2 스위치(422,423)가 온상태가 되어 상기 제2 및 제3 필터부(630,640) 각각의 출력단이 상기 제1 및 제2 스위치(422,423)에 의해서 접지로 연결된다. 이와 달리, 상기 게이트 신호(SG11)가 로우레벨일 경우에는 상기 제1 및 제2 스위치(422,423)가 오프상태가 된다.

그리고, 상기 논리 게이트(424)는 상기 제2 필터부(630)의 출력단의 신호와 상기 제3 필터부(640)의 출력단의 신호를 논리합 연산하여 상기 폴트 신호(SF)를 제공한다. 예를 들어, 상기 논리 게이트(424)는 상기 게이트 신호(SG11)의 하이레벨일 때 상기 제1 및 제2 스위치(422,423)가 오프상태로 되어, 상기 제2 필터부(630)의 출력단의 신호와 상기 제3 필터부(640)의 출력단의 신호중 적어도 하나가 하이레벨일 경우에 하이레벨을 갖는 폴트 신호(SF)를 제공할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 주요 신호의 타이밍 챠트이다.

도 6에서, Sin은 상기 게이트 신호 생성부(100)에 입력되는 입력 신호이고, 이는 하이레벨과 로우레벨이 교대로 반복되는 펄스 신호이다.

SG1은 상기 게이트 신호 생성부(100)에서 제공되는 게이트 신호이고, 이는 상기 입력 신호(Sin)에 동기되며 상기 부하 전류(Idr)에 근거한 과 전류 발생시에는 하이레벨의 구간이 조절될 수 있다.

Idr은 상기 부하(10)에 흐르는 부하 전류로써, 이는 상기 게이트 신호(SG1)에 동기되어 흐르며, 상기 전류 검출부(80)에서 검출하는 대상 신호에 해당된다.

예를 들어, 상기 게이트 신호(SG1)가 상기 반도체 스위치 소자(50)의 턴온 레벨인 동안에, 상기 부하(10)에 과 전류가 흐르는 경우에는 상기 부하 전류(Idr)가 과 전류 판단 기준값 이상이 될 것이고, 상기 부하(10)가 오픈인 경우에는 상기 부하 전류(Idr)가 부하 오픈 기준값 이하가 될 것이다.

Vd는 상기 전류 검출부(80)에서 제공되는 검출값으로써, 상기 부하 전류(Idr)에 대응되는 전압 레벨(Vd=Idr/R, R은 전류 검출부의 센스 저항)에 해당된다.

예를 들어, 상기 검출값(Vd)은, 정상일 경우에는 상기 게이트 신호(SG1)가 상기 반도체 스위치 소자(50)의 턴온 레벨인 동안에는 과 전류 기준값(Vref1)과 부하 오픈 기준값(Vref2) 사이의 레벨이 될 것이고, 과 전류 일 경우에는 과 전류 기준값(Vref1) 이상이 되고, 부하 오픈일 경우에는 부하 오픈 기준값(Vref2) 이하가 될 것이다.

Sover(또는 Sover1)는 상기 과 전류 판단부(200)에서 제공되는 과 전류 판단신호(Sover)이고, 과 전류일 때 하이레벨을 갖는다.

Sopen(또는 Sopen1)은 상기 부하 오픈 판단부(300)에서 제공되는 부하 오픈 판단신호이고, 부하 오픈일 때 하이레벨을 갖는다.

SG11은 상기 게이트 신호(SG1)에 동기되어 상기 레벨 시프터(610)에서 제공되는 게이트 신호이다.

SF는 상기 오류 검출부(400)에서 제공되는 폴트 신호이고, 과 전류 발생이거나 부하 오픈일 때 하이레벨을 갖는다.

10: 부하
50: 반도체 스위치 소자
80: 전류 검출부
100: 게이트 신호 생성부
200: 과 전류 판단부
300: 부하 오픈 판단부
400: 오류 검출부
411: 제1 논리 게이트
412: 제2 논리 게이트
413: 제3 논리 게이트
421: 인버터
422: 제1 스위치
423: 제2 스위치
500: 보호 제어부
610: 레벨 시프터
620: 제1 필터부
630: 제2 필터부
COM1: 제1 비교기
COM2: 제2 비교기
SG1: 게이트 신호
Idr: 부하 전류
Vd: 검출값
Sover: 과 전류 판단신호
Sopen: 부하 단선 판단신호
SF: 폴트 신호

Claims

게이트 신호에 따라 동작하여 부하 전류를 조절하는 반도체 스위치 소자를 통해 흐르는 상기 부하 전류가, 과 전류 인지 여부를 판단하는 과 전류 판단부;
상기 부하 전류를 검출하는 전류 검출부로부터의 검출값에 기초해서 부하 오픈 여부를 판단하는 부하 오픈 판단부;
상기 게이트 신호가 상기 반도체 스위치 소자의 턴온 레벨인 동안에, 상기 과 전류 또는 부하 오픈으로 판단되면 폴트 신호를 생성하는 오류 검출부;
상기 게이트 신호의 레벨을 변환하여 상기 오류 검출부에 제공하는 레벨 시프터;
상기 레벨 시프터와 상기 오류 검출부 사이에 설치되어, 상기 레벨 시프터로부터의 신호에 포함된 잡음을 제거하는 제1 필터부;
상기 과 전류 판단부와 상기 오류 검출부 사이에 설치되어, 상기 과 전류 판단부의 신호에 포함된 잡음을 제거하는 제2 필터부; 및
상기 부하 오픈 판단부와 상기 오류 검출부 사이에 설치되어, 상기 부하 오픈 전류 판단부의 신호에 포함된 잡음을 제거하는 제3 필터부;
를 포함하는 반도체 스위치 소자의 보호 회로.
제1항에 있어서, 상기 과 전류 판단부는,
상기 전류 검출부로부터의 검출값과 사전에 설정된 과 전류 기준값을 비교하여, 상기 검출값이 상기 과 전류 기준값 이상이면 과 전류로 판단하는 반도체 스위치 소자의 보호 회로.
제1항에 있어서, 상기 과 전류 판단부는,
상기 전류 검출부로부터의 검출값을 입력받는 비반전 입력단과, 사전에 설정된 과 전류 기준값을 입력받는 반전 입력단과, 상기 검출값과 상기 과 전류 기준값을 비교하여 이 비교결과에 따른 과 전류 판단신호를 제공하는 출력단을 갖는 제1 비교기를 포함하는 반도체 스위치 소자의 보호 회로.
제1항에 있어서, 상기 부하 오픈 판단부는,
상기 전류 검출부로부터의 검출값과 사전에 설정된 부하 오픈 기준값을 비교하여, 상기 검출값이 상기 부하 오픈 전류 기준값 이하이면 부하 오픈으로 판단하는 반도체 스위치 소자의 보호 회로.
제1항에 있어서, 상기 부하 오픈 판단부는,
상기 전류 검출부로부터의 검출값을 입력받는 반전 입력단과, 사전에 설정된 부하 오픈 기준값을 입력받는 비반전 입력단과, 상기 검출값과 상기 부하 오픈 기준값을 비교하여 이 비교결과에 따른 부하 오픈 판단신호를 제공하는 출력단을 갖는 제2 비교기를 포함하는 반도체 스위치 소자의 보호 회로.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 오류 검출부는,
상기 제1 필터부로부터의 신호와 상기 제2 필터부로부터의 신호를 논리곱 연산하는 제1 논리 게이트;
상기 제1 필터부로부터의 신호와 상기 제3 필터부로부터의 신호를 논리곱 연산하는 제2 논리 게이트; 및
상기 제1 논리 게이트의 출력신호와 상기 제2 논리 게이트의 출력신호를 논리합 연산하는 제3 논리 게이트; 를 포함하는 반도체 스위치 소자의 보호 회로.
제1항에 있어서, 상기 오류 검출부는,
상기 제1 필터부로부터의 신호를 반전하는 인버터;
상기 제2 필터부의 출력단과 접지 사이에 설치되어, 상기 인버터의 출력신호에 따라 동작하는 제1 스위치;
상기 제3 필터부의 출력단과 접지 사이에 설치되어, 상기 인버터의 출력신호에 따라 동작하는 제2 스위치; 및
상기 제2 필터부의 출력단의 신호와 상기 제3 필터부의 출력단의 신호를 논리합 연산하는 논리 게이트; 를 포함하는 반도체 스위치 소자의 보호 회로.
부하의 전류를 조절하는 반도체 스위치 소자에 게이트 신호를 제공하는 게이트 신호 생성부;
상기 반도체 스위치 소자를 통해 흐르는 부하 전류가, 과 전류 인지 여부를 판단하는 과 전류 판단부;
상기 부하 전류를 검출하는 전류 검출부로부터의 검출값에 기초해서 부하 오픈 여부를 판단하는 부하 오픈 판단부;
상기 게이트 신호가 상기 반도체 스위치 소자의 턴온 레벨인 동안에, 상기 과 전류 또는 부하 오픈으로 판단되면 폴트 신호를 생성하는 오류 검출부;
상기 폴트 신호에 따라 상기 게이트 구동부의 동작을 정지시키는 보호 제어부;
상기 게이트 신호의 레벨을 변환하여 상기 오류 검출부에 제공하는 레벨 시프터;
상기 레벨 시프터와 상기 오류 검출부 사이에 설치되어, 상기 레벨 시프터로부터의 신호에 포함된 잡음을 제거하는 제1 필터부;
상기 과 전류 판단부와 상기 오류 검출부 사이에 설치되어, 상기 과 전류 판단부의 신호에 포함된 잡음을 제거하는 제2 필터부; 및
상기 부하 오픈 판단부와 상기 오류 검출부 사이에 설치되어, 상기 부하 오픈 전류 판단부의 신호에 포함된 잡음을 제거하는 제3 필터부;
를 포함하는 반도체 스위치 소자의 게이트 구동 회로.
제10항에 있어서, 상기 과 전류 판단부는,
상기 전류 검출부로부터의 검출값과 사전에 설정된 과 전류 기준값을 비교하여, 상기 검출값이 상기 과 전류 기준값 이상이면 과 전류로 판단하는 반도체 스위치 소자의 게이트 구동 회로.
제10항에 있어서, 상기 과 전류 판단부는,
상기 전류 검출부로부터의 검출값을 입력받는 비반전 입력단과, 사전에 설정된 과 전류 기준값을 입력받는 반전 입력단과, 상기 검출값과 상기 과 전류 기준값을 비교하여 이 비교결과에 따른 과 전류 판단신호를 제공하는 출력단을 갖는 제1 비교기를 포함하는 반도체 스위치 소자의 게이트 구동 회로.
제10항에 있어서, 상기 부하 오픈 판단부는,
상기 전류 검출부로부터의 검출값과 사전에 설정된 부하 오픈 기준값을 비교하여, 상기 검출값이 상기 부하 오픈 전류 기준값 이하이면 부하 오픈으로 판단하는 반도체 스위치 소자의 게이트 구동 회로.
제10항에 있어서, 상기 부하 오픈 판단부는,
상기 전류 검출부로부터의 검출값을 입력받는 반전 입력단과, 사전에 설정된 부하 오픈 기준값을 입력받는 비반전 입력단과, 상기 검출값과 상기 부하 오픈 기준값을 비교하여 이 비교결과에 따른 부하 오픈 판단신호를 제공하는 출력단을 갖는 제2 비교기를 포함하는 반도체 스위치 소자의 게이트 구동 회로.
삭제
삭제
제10항에 있어서, 상기 오류 검출부는,
상기 제1 필터부로부터의 신호와 상기 제2 필터부로부터의 신호를 논리곱 연산하는 제1 논리 게이트;
상기 제1 필터부로부터의 신호와 상기 제3 필터부로부터의 신호를 논리곱 연산하는 제2 논리 게이트; 및
상기 제1 논리 게이트의 출력신호와 상기 제2 논리 게이트의 출력신호를 논리합 연산하는 제3 논리 게이트; 를 포함하는 반도체 스위치 소자의 게이트 구동 회로.
제10항에 있어서, 상기 오류 검출부는,
상기 제1 필터부로부터의 신호를 반전하는 인버터;
상기 제2 필터부의 출력단과 접지 사이에 설치되어, 상기 인버터의 출력신호에 따라 동작하는 제1 스위치;
상기 제3 필터부의 출력단과 접지 사이에 설치되어, 상기 인버터의 출력신호에 따라 동작하는 제2 스위치; 및
상기 제2 필터부의 출력단의 신호와 상기 제3 필터부의 출력단의 신호를 논리합 연산하는 논리 게이트; 를 포함하는 반도체 스위치 소자의 게이트 구동 회로.