KR101605401B1 - Gate driver for a normally on state mos transistor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 노멀리 온 동작을 하는 스위칭 소자를 위한 게이트 드라이버에 관한 것으로서, 스위칭 소자의 게이트를 구동하는 게이트 드라이버에 있어서, 상기 스위칭 소자를 스위칭 하는 신호 전압을 입력 받는 신호 입력단; 일단은 상기 신호 입력단의 (+)단에 연결되고 타단은 상기 스위칭 소자의 게이트에 연결되는 캐패시터; 및 일단은 상기 캐패시터의 타단과 상기 게이트와 연결되고 타단은 상기 신호 입력단의 (-)단에 연결되는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버를 제공한다.A gate driver for driving a gate of a switching device, the gate driver comprising: a signal input for receiving a signal voltage for switching the switching device; A capacitor having one end connected to the (+) terminal of the signal input terminal and the other end connected to a gate of the switching element; And a diode whose one end is connected to the other end of the capacitor and the gate, and the other end is connected to the (-) terminal of the signal input end.

Description

노멀리 온 동작을 하는 스위칭 소자를 위한 게이트 드라이버{GATE DRIVER FOR A NORMALLY ON STATE MOS TRANSISTOR} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a gate driver for a switching device that performs a normally-

본 발명은 노멀리 온 동작을 하는 스위칭 소자를 위한 게이트 드라이버에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 스위칭 소자를 구동하는 신호의 전압 레벨을 바꿔주는 회로 구성을 통하여 노멀리 오프 동작을 하는 스위칭 소자에 맞게 디자인된 회로에 노멀리 온 동작을 하는 스위칭 소자를 그대로 적용할 수 있게 한 게이트 드라이버에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gate driver for a switching device that performs a normally-on operation, and more specifically, to a gate driver that performs a normally off operation through a circuit configuration that changes a voltage level of a signal for driving the switching device To a gate driver capable of directly applying a switching element that performs a normally-on operation to a circuit that is turned on.

일반적인 스위칭 용 전계효과 트랜지스터는 게이트에 전압이 인가되지 않은 상태에서 오프 특성을 갖는 노멀리 오프(Normally-off) 동작을 한다.A general field effect transistor for switching has a normally off operation with an off characteristic when no voltage is applied to the gate.

이에 반하여 금속 반도체 전계 효과 트랜지스터(Metal-Semiconductor Field-Effect-Transistor: MESFET), 고전자이동도 트랜지스터 (High Electron Mobility Transistor, HEMT), HFET(heterojunction field-effect transistor) 및 JFET(Junction Field Effect Transistor)과 같은 트랜지스터는 게이트에 전압이 인가되지 않은 상태에서 온 특성을 갖는 노멀리 온(Normally-on)동작을 한다. 이러한 소자들은 항복 전압이 높고 효율이 높은 장점들을 가지고 있으나 노멀리 온(Normally-on) 동작 특성상 전용으로 설계된 구동 회로 거치지 않는 한 전력 스위칭 소자로 사용되기 어려운 점이 있다. On the other hand, a metal-semiconductor field effect transistor (MESFET), a high electron mobility transistor (HEMT), a heterojunction field-effect transistor (HFET) and a junction field effect transistor (JFET) Transistors perform a normally-on operation with an ON characteristic when no voltage is applied to the gate. Although these devices have advantages of high breakdown voltage and high efficiency, they are difficult to use as power switching devices unless they are driven by a dedicated drive circuit due to the normally-on operation characteristics.

기존의 전력 스위칭 회로는 노멀리 오프(Normally-off) 동작을 하는 스위칭 소자 구동에 맞추어 설계되어 있으므로 노멀리 온(Normally-on) 특성을 가지는 소자를 적용하려면 기존 회로의 수정이 불가피하다. 그러나 회로 수정에 따라 안정성 저하등과 같은 문제가 발생할 수 있다.
Conventional power switching circuits are designed for driving switching devices that perform normally-off operation. Therefore, modification of existing circuits is inevitable in order to apply a device having normally-on characteristics. However, problems such as reduced stability may occur due to circuit modifications.

본 발명은 종래의 노멀리 오프(Normally-off) 동작을 하는 스위칭 소자 구동에 맞추어 설계된 전력 스위칭 회로에 노멀리 온(Normally-on) 특성을 가지는 소자를 적용할 때 발생되는 안정성 저하의 문제를 극복하기 위해 제안된 것으로서, 스위칭 소자를 구동하는 신호의 전압 레벨을 바꿔주는 회로 구성을 통하여 노멀리 온(Normally-on) 특성을 가지는 소자를 노멀리 오프(Normally-off) 소자처럼 사용 가능하게 하는 게이트 드라이버를 제공하는 데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention overcomes the problem of stability degradation caused when a device having a normally-on characteristic is applied to a power switching circuit designed for driving a switching device that performs a conventional normally-off operation Which allows a device having a normally-on characteristic to be used as a normally-off device through a circuit configuration that changes the voltage level of a signal for driving the switching device, The driver is there to provide.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 개시된 본 발명은 스위칭 소자의 게이트를 구동하는 게이트 드라이버에 있어서, 상기 스위칭 소자를 스위칭 하는 신호 전압을 입력 받는 신호 입력단; 일단은 상기 신호 입력단의 (+)단에 연결되고 타단은 상기 스위칭 소자의 게이트에 연결되는 캐패시터; 및 일단은 상기 캐패시터의 타단과 상기 게이트와 연결되고 타단은 상기 신호 입력단의 (-)단에 연결되는 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a gate driver for driving a gate of a switching device, the gate driver including: a signal input terminal receiving a signal voltage for switching the switching device; A capacitor having one end connected to the (+) terminal of the signal input terminal and the other end connected to a gate of the switching element; And a diode whose one end is connected to the other end of the capacitor and the gate, and the other end is connected to the (-) terminal of the signal input end.

여기서 상기 스위칭 소자는 노멀리-온(normally-on) 동작을 하는 소자를 포함하며, 구체적으로 상기 스위칭 소자는 금속 반도체 전계 효과 트랜지스터(Metal-Semiconductor Field-Effect-Transistor: MESFET), 고전자이동도 트랜지스터 (High Electron Mobility Transistor, HEMT), HFET(heterojunction field-effect transistor) 및 JFET(Junction Field Effect Transistor) 소자를 포함한다.Here, the switching device includes a device that performs a normally-on operation. Specifically, the switching device includes a metal-semiconductor field-effect transistor (MESFET), a high- (HEMT), a heterojunction field-effect transistor (HFET), and a junction field effect transistor (JFET) device.

이때, 상기 다이오드의 애노드는 상기 캐패시터의 타단과 상기 스위칭 소자의 게이트에 연결되고 상기 다이오드의 캐소드는 상기 신호 입력단의 (-)단에 연결된다.At this time, the anode of the diode is connected to the other end of the capacitor and the gate of the switching element, and the cathode of the diode is connected to the (-) terminal of the signal input terminal.

한편, 상기 스위칭 소자, 상기 다이오드 및 상기 캐패시터는 각각 와이어 본딩 또는 플립 칩 본딩으로 연결하거나 모두 모놀리식하게 구현될 수 있으며, Meanwhile, the switching device, the diode, and the capacitor may be connected by wire bonding or flip chip bonding, respectively, or both may be implemented monolithically,

상기 스위칭 소자 및 상기 다이오드는 모놀리식하게 구현되고 상기 캐패시터는 상기 스위칭 소자 및 상기 다이오드에 와이어 본딩 또는 플립 칩 본딩으로 연결되거나, 상기 스위칭 소자 및 상기 캐패시터는 모놀리식하게 구현되고 상기 다이오드는 상기 스위칭 소자 및 상기 캐패시터에 와이어 본딩 또는 플립 칩 본딩으로 연결되거나, 상기 다이오드 및 상기 캐패시터는 모놀리식하게 구현되고 상기 스위칭 소자는 상기 다이오드 및 상기 캐패시터에 와이어 본딩 또는 플립 칩 본딩으로 연결될 수 있다. 여기서 상기 캐패시터는 칩 캐패시터로 이루어질 수 있다.Wherein the switching element and the diode are monolithically implemented and the capacitor is connected to the switching element and the diode by wire bonding or flip chip bonding or the switching element and the capacitor are monolithically implemented, The diode and the capacitor may be monolithically implemented and the switching element may be connected to the diode and the capacitor by wire bonding or flip chip bonding. The capacitor may be a chip capacitor.

또한, 상기 캐패시터의 캐패시턴스 값은 상기 캐패시터가 전압을 방전하는데 걸리는 시정수가 상기 신호 전압의 주기보다 큰 값을 가지도록 설정되는 구성을 제공한다.
Also, the capacitance value of the capacitor is set such that the time constant for the capacitor to discharge the voltage is set to be larger than the period of the signal voltage.

개시된 기술의 실시예들은 다음의 장점을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 개시된 기술의 실시예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Embodiments of the disclosed technique may have effects that include the following advantages. It should be understood, however, that the scope of the disclosed technology is not to be construed as limited thereby, since the embodiments of the disclosed technology are not meant to include all such embodiments.

본 발명에 따른 노멀리 온 동작을 하는 스위칭 소자를 위한 게이트 드라이버에 의하면 스위칭 소자를 구동하는 신호의 전압 레벨을 바꿔주는 회로 구성을 통하여 노멀리 온 특성을 가지는 소자를 노멀리 오프 소자처럼 사용 가능하게 하여, 종래의 노멀리 오프 동작을 하는 스위칭 소자 구동에 맞추어 설계된 전력 스위칭 회로에 노멀리 온 특성을 가지는 소자를 적용할 때 발생되는 안정성 저하의 문제를 극복할 수 있게 한다.
According to the gate driver for a switching element performing a normally-on operation according to the present invention, a device having a normally-on characteristic can be used as a normally-off device through a circuit configuration for changing a voltage level of a signal for driving the switching device Thus, it is possible to overcome the problem of stability degradation caused when a device having a normally-on characteristic is applied to a power switching circuit designed for driving a switching device performing a normally-off operation.

도 1은 노멀리 오프 동작을 하는 소자의 동작특성을 보여준다.
도 2는 노멀리 온 동작을 하는 소자의 동작특성을 보여준다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 드라이버를 보여준다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 게이트 드라이버의 동작특성을 보여준다.
도 5는 스위칭 소자로 노멀리 온(Normally-on) 특성을 갖는 GaN MISHFET 소자를 사용하였을 때의 실험 결과를 보여준다.Figure 1 shows the operating characteristics of a device that performs a normally off operation.
FIG. 2 shows the operating characteristics of a device operating normally.
3 shows a gate driver according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates operational characteristics of a gate driver according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows experimental results when a GaN MISHFET device having a normally-on characteristic is used as a switching device.

개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The description of the disclosed technique is merely an example for structural or functional explanation and the scope of the disclosed technology should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, the embodiments are to be construed as being variously embodied and having various forms, so that the scope of the disclosed technology should be understood to include equivalents capable of realizing technical ideas.

본 발명은 종래의 노멀리 오프(Normally-off) 동작을 하는 스위칭 소자 구동에 맞추어 설계된 전력 스위칭 회로에 노멀리 온(Normally-on) 특성을 가지는 소자를 적용할 때 발생되는 안정성 저하의 문제를 극복하기 위해 제안된 것으로서, 스위칭 소자를 구동하는 신호의 전압 레벨을 바꿔주는 회로 구성을 통하여 노멀리 온(Normally-on) 특성을 가지는 소자를 노멀리 오프(Normally-off) 소자처럼 사용 가능하게 하는 게이트 드라이버를 제공한다. 이하 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 대하여 설명하도록 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention overcomes the problem of stability degradation caused when a device having a normally-on characteristic is applied to a power switching circuit designed for driving a switching device that performs a conventional normally-off operation Which allows a device having a normally-on characteristic to be used as a normally-off device through a circuit configuration that changes the voltage level of a signal for driving the switching device, Provide drivers. Hereinafter, the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIG.

도 1은 노멀리 오프 동작을 하는 소자의 동작특성을 보여준다. 노멀리 오프(Normally-off) 소자는 게이트에 아무런 바이어스 전압이 인가되지 않았을 때(즉, VGS = 0V) 채널이 닫혀 있는 소자를 의미한다. 다시 말해 전력 스위칭의 입장에서 보았을 때 평상시(VGS = 0V) 에는 off 되어 있는 소자이다. 일반적으로 널리 쓰이는 노멀리 오프 소자에는 Enhancement mode MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), BJT(Bipolar Junction Transistor) 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등이 있다.Figure 1 shows the operating characteristics of a device that performs a normally off operation. Normally-off devices are devices where the channel is closed when no bias voltage is applied to the gate (ie, V GS = 0V). In other words, it is an element that is turned off at normal times (V GS = 0V) in view of power switching. Commonly used normally off devices include enhancement mode MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), BJT (Bipolar Junction Transistor) and IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

도 1의 그래프에서 설명되는 바와 같이 노멀리 오프 소자를 온(on) 시키기 위해서는 Turn on Voltage(Vth) 보다 높은 Positive Voltage를 VGS에 인가해 주어야 한다. 게이트에 Vth 보다 높은 전압이 인가되면 소자는 on-state 상태가 되며 드레인(Drain)과 소스(Source)는 쇼트 되어 VDS = 0V가 되고 드레인 전류(ID)는 다음과 같이 흐르게 된다.As shown in the graph of FIG. 1, in order to turn on the normally off element, a positive voltage higher than Turn on Voltage (V th ) should be applied to V GS . When applied to a gate voltage higher than V th element is the on-state condition and is caused to flow is as follows: the drain (Drain) and the source (Source) is a short circuit is V DS = 0V, and the drain current (I D).

즉, at VGS>Vth → VDS = 0V , Id = VDD/RD That is, at V GS > V th → V DS = 0 V, I d = V DD / R D

소자를 off 시키기 위해서는 VGS가 Vth 보다 작거나 제로 바이어스 상태면 된다. off-state 일 때 드레인과 소스는 오픈되어 VDS = VDD 가 되고 ID는 흐르지 않는다. In order to turn off the device, V GS must be less than V th or zero bias state. When off-state, the drain and source are open to V DS = V DD and I D does not.

즉, at VGS<Vth or VGS=0V → VDS=VDD, Id = 0A That is, at V GS <V th or V GS = 0 V? V DS = V DD , I d = 0 A

도 2는 노멀리 온 동작을 하는 소자의 동작특성을 보여준다. 노멀리 온(Normally-on) 소자는 노멀리 오프(Normally-off) 소자와는 반대로 게이트에 아무런 바이어스 전압이 인가되지 않았을 때(즉, VGS = 0V) 채널이 열려 있는 소자를 의미한다. 다시 말해 전력 스위칭의 입장에서 보았을 때 평상시(VGS = 0V) 에는 on 되어 있는 소자이다. 일반적으로 널리 쓰이는 노멀리 온 소자에는 금속 반도체 전계 효과 트랜지스터(Metal-Semiconductor Field-Effect-Transistor: MESFET), 고전자이동도 트랜지스터 (High Electron Mobility Transistor, HEMT), HFET(heterojunction field-effect transistor), JFET(Junction Field Effect Transistor) 및 depletion mode FET 소자 등이 있으며, 전력 스위칭용 노멀리 오프 소자보다 일반적으로 항복 전압이 높고 효율이 우수한 장점을 가진다.FIG. 2 shows the operating characteristics of a device operating normally. A normally-on device refers to a device with a channel open when no bias voltage is applied to the gate (ie, V GS = 0V) as opposed to a normally-off device. In other words, when viewed from the power switching standpoint, the device is turned on normally (V GS = 0V). Commonly used normally-on devices include metal-semiconductor field-effect transistors (MESFETs), high electron mobility transistors (HEMTs), heterojunction field-effect transistors (HFETs) JFET (junction field effect transistor) and depletion mode FET device, which have higher breakdown voltage and higher efficiency than normally off devices for power switching.

도 2의 그래프에서 설명되는 바와 같이 노멀리 온 소자를 오프(off) 시키기 위해서는 Turn on Voltage(Vth) 보다 낮은 Negative Voltage를 VGS에 인가해 주어야 한다. 게이트에 Vth 보다 낮은 전압이 인가되면 소자는 off-state 상태가 되며 드레인(Drain)과 소스(Source)는 오픈 되어 VDS = VDD 가 되고 ID는 흐르지 않게 된다.As shown in the graph of FIG. 2, in order to turn off the normally-on element, a negative voltage lower than the turn-on voltage (V th ) must be applied to V GS . When a voltage lower than V th is applied to the gate, the device is in an off-state state. The drain and source are opened to become V DS = V DD and I D do not flow.

즉, at VGS<Vth or VGS=0V → VDS=VDD, Id = 0A That is, at V GS <V th or V GS = 0 V? V DS = V DD , I d = 0 A

소자를 on 시키기 위해서는 VGS가 Vth 보다 크거나 제로 바이어스 상태면 된다. on-state일 때 드레인과 소스는 쇼트 되어 VDS = 0V 가 되고 ID는 다음과 같이 흐르게 된다.To turn the device on, V GS must be greater than V th or zero-biased. On-state, the drain and source are shorted to V DS = 0V and I D flows as follows.

즉, at VGS>Vth → VDS = 0V , Id = VDD/RD That is, at V GS > V th → V DS = 0 V, I d = V DD / R D

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 드라이버를 보여준다. 도 3에 도시된 바와 같이 노멀리 온 동작을 하는 스위칭 소자를 위한 게이트 드라이버(100)는 캐패시터(110), 다이오드(120) 및 스위칭 소자(130)를 포함한다. 3 shows a gate driver according to an embodiment of the present invention. 3, the gate driver 100 for a switching device that performs a normally-on operation includes a capacitor 110, a diode 120, and a switching device 130. [

스위칭 소자(130)는 노멀리-온(normally-on) 동작을 하는 소자를 포함한다. 보다 구체적으로, 노멀리-온(normally-on) 동작을 하는 소자는 금속 반도체 전계 효과 트랜지스터(Metal-Semiconductor Field-Effect-Transistor: MESFET), 고전자이동도 트랜지스터 (High Electron Mobility Transistor, HEMT), HFET(heterojunction field-effect transistor), JFET(Junction Field Effect Transistor) 또는 depletion mode FET 소자에서 선택될 수 있다.The switching element 130 includes a device that performs a normally-on operation. More specifically, devices that are normally-on operate include Metal-Semiconductor Field-Effect-Transistor (MESFET), High Electron Mobility Transistor (HEMT) A heterojunction field-effect transistor (HFET), a junction field effect transistor (JFET), or a depletion mode FET device.

도시된 바에 따르면 캐패시터(110)는 신호 전압원(140)의 (+) 단과 다이오드(120)의 애노드 단과 연결되고 스위칭 소자(130)의 게이트는 다이오드(120)의 애노드 단과 캐패시터(110)에 연결된다. 신호 전압원(140)의 (-) 단과 다이오드(120)의 캐소드 단과 스위칭 소자(130)의 소스 단은 그라운드에 연결된다.The capacitor 110 is connected to the anode terminal of the signal voltage source 140 and the anode terminal of the diode 120 and the gate of the switching element 130 is connected to the anode terminal of the diode 120 and the capacitor 110 . The (-) terminal of the signal voltage source 140, the cathode terminal of the diode 120, and the source terminal of the switching element 130 are connected to ground.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 게이트 드라이버의 동작특성을 보여준다. 발명의 이해를 돕기 위해 신호 전압원(140)은 20V 스탭 펑션인 경우를 예를 들어 설명하기로 한다. (캐패시터의 용량은 충전 및 방전 시정수가 신호 전압원(140)의주기 보다 충분히 큰 값을 가지도록 설정되어 있는 것으로 가정)4 illustrates operational characteristics of a gate driver according to an embodiment of the present invention. In order to facilitate the understanding of the invention, the signal voltage source 140 will be described as an example of a 20 V step function. (It is assumed that the capacity of the capacitor is set so that the charging and discharging time constants are sufficiently larger than the period of the signal voltage source 140)

도 4의 그래프를 참조하여 Time = 0 ~ t1 일때, Referring to the graph of FIG. 4, when Time = 0 to t 1 ,

즉, 신호 전압원(140)의 전압이 20V 일때 다이오드에 순방향 전압이 인가되므로 스위칭 소자(130)의 게이트에 인가되는 전압은 0V이다.(VGS = 0V, 다이오드의 Vth는 무시 하도록 한다.)That is, when the voltage of the signal voltage source 140 is 20V, a forward voltage is applied to the diode, so that the voltage applied to the gate of the switching device 130 is 0V (V GS = 0V, V th of the diode is ignored).

따라서 이 구간에서 스위칭 소자(130)는 on-state 상태이다. ID는 다음과 같이 흐르게 된다.Therefore, the switching element 130 is in an on-state in this period. I D flows as follows.

즉, at VGS>Vth → VDS = 0V , Id = VDD/RD That is, at V GS > V th → V DS = 0 V, I d = V DD / R D

이어서 Time = t1 ~ t2 일때,Then, when Time = t 1 to t 2 ,

즉, 신호 전압원(140)의 전압이 0V가 되면 캐패시터에 충전된 전압으로 인하여 스위칭 소자(130)의 게이트에 역방향의 전압이 인가되고 다이오드는 개방된다. 캐패시터의 용량이 전압 방전 시정수가 신호 전압원(140)의 주기보다 충분히 크도록 설정된 경우 게이트에 인가되는 전압은 거의 변동하지 않고 -20V를 유지하게 된다.That is, when the voltage of the signal voltage source 140 becomes 0V, the reverse voltage is applied to the gate of the switching element 130 due to the voltage charged in the capacitor, and the diode is opened. When the capacity of the capacitor is set so that the voltage discharge time constant is sufficiently larger than the period of the signal voltage source 140, the voltage applied to the gate is kept substantially at -20 V without fluctuating.

따라서 이 구간에서 스위칭 소자(130)는 off-state 상태가 된다. Accordingly, the switching element 130 is in an off-state state in this period.

즉, 게이트에 Vth 보다 낮은 전압이 인가되어 소자는 off-state 상태가 되며 드레인(Drain)과 소스(Source)는 오픈 되어 VDS = VDD 가 되고 ID는 흐르지 않게 된다.That is, a voltage lower than V th is applied to the gate to turn off the device, and the drain and the source are opened to become V DS = V DD and I D do not flow.

at VGS<Vth or VGS=0V → VDS=VDD, Id = 0A at V GS <V th or V GS = 0 V? V DS = V DD , I d = 0 A

상술한 바와 같이, 캐패시터(110)가 신호 전압원(140)의 (+) 단과 다이오드(120)의 애노드 단과 연결되고 스위칭 소자(130)의 게이트는 다이오드(120)의 애노드 단과 캐패시터(110)에 연결된 구성을 통하여 노멀리 온 특성을 가지는 스위칭 소자를 노멀리 오프 특성을 가지는 소자처럼 구현할 수 있다.The capacitor 110 is connected to the anode terminal of the signal voltage source 140 and the anode terminal of the diode 120 and the gate of the switching element 130 is connected to the anode terminal of the diode 120 and the capacitor 110 The switching element having the normally-on characteristic can be implemented as a device having the normally off characteristic.

도 5는 스위칭 소자로 GaN MISHFET 소자를 사용하였을 때의 실험 결과를 보여준다. 사용된 GaN MISHFET은 -18V의 문턱전압을 갖는 노멀리 온 특성을 갖는 소자이다. 실험 조건은 다음과 같다.5 shows experimental results when a GaN MISHFET device is used as a switching device. The GaN MISHFET used is a normally-on device with a threshold voltage of -18V. The experimental conditions are as follows.

신호 전압원 : 100kHz, 20V, RGS : 1×1012Ω, CIN : 5nFSignal voltage source: 100 kHz, 20 V, R GS : 1 × 10 12 Ω, C IN : 5 nF

측정된 도시된 바와 같이 캐패시터의 용량이 5nF 인 경우 안정적으로 노멀리 온 소자를 노멀리 오프 소자처럼 구동할 수 있다.As shown in the figure, when the capacitance of the capacitor is 5 nF, the normally-on element can be stably driven as the normally-off element.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 캐패시터(110), 다이오드(120) 및 스위칭 소자(130)는 각각 와이어 본딩 또는 플립 칩 본딩으로 연결된 하나의 패키지로 구현 가능하다.According to various embodiments of the present invention, the capacitor 110, the diode 120, and the switching device 130 may be implemented in a single package connected by wire bonding or flip chip bonding, respectively.

이때, 스위칭 소자(130) 및 다이오드(120)는 모놀리식하게 구현되고 캐패시터(110)는 스위칭 소자(130) 및 다이오드(120)에 와이어 본딩 또는 플립 칩 본딩으로 연결되어 하나의 패키지로 구현될 수도 있다.At this time, the switching element 130 and the diode 120 are monolithically realized, and the capacitor 110 is connected to the switching element 130 and the diode 120 by wire bonding or flip chip bonding, It is possible.

보다 다양한 실시예로 스위칭 소자(130) 및 캐패시터(110)는 모놀리식하게 구현되고 다이오드(120)는 스위칭 소자(130) 및 캐패시터(110)에 와이어 본딩 또는 플립 칩 본딩으로 연결되어 하나의 패키지로 구현되거나, 다이오드(120)와 캐패시터(110)가 모놀리식 하게 구현되고 스위칭 소자(130)가 와이어 본딩 또는 플립 칩 본딩으로 연결되어 하나의 패키지로 구현되거나, 스위칭 소자(130)와 다이오드(120) 및 캐패시터(110) 모두를 모놀리식 하게 제작한 하나의 패키지로 구현될 수 있다.The switching element 130 and the capacitor 110 are monolithically realized and the diode 120 is connected to the switching element 130 and the capacitor 110 by wire bonding or flip chip bonding, Or the diode 120 and the capacitor 110 are monolithically realized and the switching element 130 is connected by wire bonding or flip chip bonding to be realized in one package or the switching element 130 and the diode 120 and the capacitor 110 may be monolithically fabricated in one package.

캐패시터(110)가 스위칭 소자(130) 및 다이오드(120)와 와이어 본딩 또는 플립 칩 본딩으로 연결될 경우 캐패시터(130)는 칩 형태의 캐패시터로 구현될 수 있다.When the capacitor 110 is connected to the switching element 130 and the diode 120 by wire bonding or flip chip bonding, the capacitor 130 may be implemented as a chip-type capacitor.

상술한 실시예에 따르면, 게이트 드라이버(100)를 하나의 패키지로 구현하여 노멀리 오프(Normally-off) 동작을 하는 소자처럼 구현 가능하므로 종래의 노멀리 오프(Normally-off) 동작을 하는 스위칭 소자 구동에 맞추어 설계된 전력 스위칭 회로를 설계 변형 하지 않고 바로 게이트 드라이버(100)를 적용 할 수 있는 장점을 가진다.According to the above-described embodiment, since the gate driver 100 can be implemented as a device that performs a normally off operation by implementing the gate driver 100 as a single package, the conventional switching element There is an advantage that the gate driver 100 can be directly applied without designing and modifying a power switching circuit designed for driving.

이러한 개시된 기술인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 개시된 기술의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
Although the disclosed method and apparatus have been described with reference to the embodiments shown in the drawings for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments are possible without departing from the scope of the present invention. I will understand that. Accordingly, the true scope of protection of the disclosed technology should be determined by the appended claims.

100 : 게이트 드라이버 110 : 캐패시터
120 : 다이오드 130 : 스위칭 소자
140 : 신호 전압원100: gate driver 110: capacitor
120: diode 130: switching element
140: Signal voltage source

Claims (11)

스위칭 소자의 게이트를 구동하는 게이트 드라이버에 있어서,
스위칭 소자;
상기 스위칭 소자를 스위칭 하는 신호 전압을 입력 받는 신호 입력단;
일단은 상기 신호 입력단의 (+)단에 연결되고 타단은 상기 스위칭 소자의 게이트에 연결되는 캐패시터; 및
일단은 상기 캐패시터의 타단과 상기 게이트와 연결되고 타단은 상기 신호 입력단의 (-)단에 연결되는 다이오드를 포함하고,
상기 스위칭 소자는 노멀리-온(normally-on) 동작을 하는 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버.
A gate driver for driving a gate of a switching element,
A switching element;
A signal input terminal receiving a signal voltage for switching the switching element;
A capacitor having one end connected to the (+) terminal of the signal input terminal and the other end connected to a gate of the switching element; And
(-) terminal of the signal input terminal, one end of which is connected to the other end of the capacitor and the gate, and the other end is connected to the (-
Wherein the switching element comprises a device that is normally-on operation.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 스위칭 소자는 금속 반도체 전계 효과 트랜지스터(Metal-Semiconductor Field-Effect-Transistor: MESFET), 고전자이동도 트랜지스터 (High Electron Mobility Transistor, HEMT), HFET(heterojunction field-effect transistor) 및 JFET(Junction Field Effect Transistor) 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버.
The method according to claim 1,
The switching element may be a metal-semiconductor field-effect transistor (MESFET), a high electron mobility transistor (HEMT), a heterojunction field-effect transistor (HFET) A gate electrode, and a gate electrode.
청구항 1에 있어서,
상기 다이오드의 애노드는 상기 캐패시터의 타단과 상기 스위칭 소자의 게이트에 연결되고 상기 다이오드의 캐소드는 상기 신호 입력단의 (-)단에 연결되는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버.
The method according to claim 1,
Wherein the anode of the diode is connected to the other end of the capacitor and the gate of the switching element, and the cathode of the diode is connected to the negative terminal of the signal input.
청구항 1에 있어서,
상기 스위칭 소자, 상기 다이오드 및 상기 캐패시터는 각각 와이어 본딩 또는 플립 칩 본딩으로 연결되거나 모놀리식하게 연결되는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버.
The method according to claim 1,
Wherein the switching element, the diode and the capacitor are connected or monolithically connected by wire bonding or flip chip bonding, respectively.
청구항 5에 있어서,
상기 스위칭 소자 및 상기 다이오드는 모놀리식하게 구현되고 상기 캐패시터는 상기 스위칭 소자 및 상기 다이오드에 와이어 본딩 또는 플립 칩 본딩으로 연결되는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버.
The method of claim 5,
Wherein the switching element and the diode are monolithically implemented and the capacitor is connected to the switching element and the diode by wire bonding or flip chip bonding.
청구항 5에 있어서,
상기 스위칭 소자 및 상기 캐패시터는 모놀리식하게 구현되고 상기 다이오드는 상기 스위칭 소자 및 상기 캐패시터에 와이어 본딩 또는 플립 칩 본딩으로 연결되는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버.
The method of claim 5,
Wherein the switching element and the capacitor are monolithically implemented and the diode is connected to the switching element and the capacitor by wire bonding or flip chip bonding.
청구항 5에 있어서,
상기 다이오드 및 상기 캐패시터는 모놀리식하게 구현되고 상기 스위칭 소자는 상기 다이오드 및 상기 캐패시터에 와이어 본딩 또는 플립 칩 본딩으로 연결되는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버.
The method of claim 5,
Wherein the diode and the capacitor are monolithically implemented and the switching element is connected to the diode and the capacitor by wire bonding or flip chip bonding.
청구항 5에 있어서,
상기 스위칭 소자, 상기 다이오드 및 상기 캐패시터는 모두 모놀리식하게 제조되어 연결되는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버.
The method of claim 5,
Wherein said switching element, said diode and said capacitor are both monolithically fabricated and connected.
청구항 6에 있어서,
상기 캐패시터는 칩 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버.
The method of claim 6,
&Lt; / RTI &gt; wherein the capacitor comprises a chip capacitor.
청구항 1에 있어서,
상기 캐패시터의 용량은 상기 캐패시터가 전압을 방전하는데 걸리는 시정수가 상기 신호 전압의 주기보다 큰 값을 가지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버.The method according to claim 1,
Wherein the capacitance of the capacitor is set so that a time constant for the capacitor to discharge the voltage has a value larger than a period of the signal voltage.
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