KR101794997B1 - 절연 게이트 드라이버 및 그를 포함하는 전력 소자 구동 시스템 - Google Patents

절연 게이트 드라이버 및 그를 포함하는 전력 소자 구동 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101794997B1
KR101794997B1 KR1020160095011A KR20160095011A KR101794997B1 KR 101794997 B1 KR101794997 B1 KR 101794997B1 KR 1020160095011 A KR1020160095011 A KR 1020160095011A KR 20160095011 A KR20160095011 A KR 20160095011A KR 101794997 B1 KR101794997 B1 KR 101794997B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power device
high voltage
control signal
gate driver
low voltage
Prior art date
Application number
KR1020160095011A
Other languages
English (en)
Inventor
이순섭
Original Assignee
현대오트론 주식회사
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 현대오트론 주식회사 filed Critical 현대오트론 주식회사
Priority to KR1020160095011A priority Critical patent/KR101794997B1/ko
Priority to US15/659,318 priority patent/US10177756B2/en
Priority to DE102017212830.5A priority patent/DE102017212830A1/de
Priority to CN201710616008.4A priority patent/CN107659295B/zh
Application granted granted Critical
Publication of KR101794997B1 publication Critical patent/KR101794997B1/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
    • H03K17/04—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
    • H03K17/04123—Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit in field-effect transistor switches
    • 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
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/081—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0812—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit
    • H03K17/08122—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit in field-effect transistor switches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/007—Physical arrangements or structures of drive train converters specially adapted for the propulsion motors of electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/06—Modifications for ensuring a fully conducting state
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/081—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0812—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit
    • H03K17/08128—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit in composite switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16—Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/161—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16—Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/161—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches
    • H03K17/165—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches by feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/166—Soft switching
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16—Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/168—Modifications for eliminating interference voltages or currents in composite switches
    • 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
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/6871—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor
    • H03K17/6872—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor using complementary field-effect transistors
    • 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
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/689—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit
    • H03K17/691—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors with galvanic isolation between the control circuit and the output circuit using transformer coupling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/425—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/52—Drive Train control parameters related to converters
    • B60L2240/527—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/52—Drive Train control parameters related to converters
    • B60L2240/529—Current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0029—Circuits or arrangements for limiting the slope of switching signals, e.g. slew rate
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Abstract

본 발명에 따른 절연 게이트 드라이버는 마이크로컨트롤러 유닛로부터 PWM 신호를 수신하여 저 전압 PWM 신호를 출력하는 PWM 전달부, 및 상기 마이크로컨트롤러 유닛로부터 제어 신호를 입력받아 저 전압 제어 신호를 출력하는 저 전압 로직을 포함하는 저 전압부; 상기 저 전압 PWM 신호 및 상기 저 전압 제어 신호를 고 전압 PWM 신호 및 고 전압 제어 신호로 각각 승압하는 절연부; 및 상기 고 전압 제어 신호에 따라 기울기 제어 신호를 출력하는 고 전압 로직, 및 상기 절연 게이트 드라이버 외부의 전력 소자의 게이트에서, 상기 고 전압 PWM 신호가 상승 에지 또는 하강 에지에서 상기 기울기 제어 신호에 따른 기울기를 가지도록 상기 기울기를 조절하는 기울기 제어부를 포함하며, 상기 절연부에 의하여 상기 저 전압부와 절연되는 고 전압부를 포함할 수 있다. 따라서, 종래에 외부에 연결된 저항 등의 외부 소자에 의하여 수행하던 게이트 구동 전압의 기울기 제어를 절연 게이트 드라이버 내부에서 수행하도록 할 수 있어 기존 외장 소자를 내장하여 비용이 절감될 수 있으며, 다양한 상황(과전류, 단락 등)에 따라 전력 소자의 게이트 전압 기울기를 자동으로 최적으로 선택할 수 있다.

Description

절연 게이트 드라이버 및 그를 포함하는 전력 소자 구동 시스템{Isolated Gate Driver and Power Device Driving System Including The Same}
본 발명은 전력 소자 구동 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량용 전력 소자를 구동하는 절연 게이트 드라이버 및 절연 게이트 드라이버를 포함하는 전력 소자 구동 시스템에 관한 것이다.
친환경 차량이 성장하면서 전기 차량 및 하이브리드 시스템의 모터 구동이나 고 전압 변환 등 고 전압 신호를 많이 사용하는 구동부의 스위칭 회로로, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Isolated Gate Bipolar Transistor; IGBT) 또는 SiC (Silicon Carbide) 전력 모듈 등의 전력 소자의 사용이 증가하게 되었다.
이러한 전력 소자를 구동하기 위해서는, 절연 게이트 드라이버가 필요하고, 절연 게이트 드라이버에서는 전력 소자의 안전한 동작을 위해 게이트에 인가되는 전압의 기울기를 조절할 필요가 있다. 기존에는, 절연 게이트 드라이버로부터 전력 소자의 게이트를 구동할 때에 외부 저항을 통해 입력 전압의 기울기(Slew Rate)를 설계적으로 조정하였다.
도 1은 종래 기술에 따른 절연 게이트 드라이버를 나타낸 회로도이며, 이하에서는 도 1을 참조하여, 기존의 입력 전압의 기울기 조정에 대하여 설명한다. 종래 기술에 따른 절연 게이트 드라이버는 저 전압 전원(LVDD)로 구동되는 저 전압부(110), 고 전압 전원(HVDD)로 구동되는 고 전압부(120), 절연부(130) 및 기울기 조정부(140)를 포함한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 기존의 게이트 드라이버는 외부 저항을 통해 기울기를 조정하기 때문에, 외부 저항값이 고정되어 있어서, 전력 소자의 게이트 입력 전압의 기울기가 초기 설계값으로 고정될 수 밖에 없었다는 한계가 있었다.
특허 등록 번호 10-0212754{등록일: 1999년 5월 12일}
본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)으로부터의 PWM 신호 및 제어 신호를 기초로 차량용 전력 소자의 게이트에 인가되는 입력 PWM 신호의 기울기를 제어할 수 있는 절연 게이트 드라이버를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 절연 게이트 드라이버는 마이크로컨트롤러 유닛로부터 PWM 신호를 수신하여 저 전압 PWM 신호를 출력하는 PWM 전달부, 및 상기 마이크로컨트롤러 유닛로부터 제어 신호를 입력받아 저 전압 제어 신호를 출력하는 저 전압 로직을 포함하는 저 전압부; 상기 저 전압 PWM 신호 및 상기 저 전압 제어 신호를 고 전압 PWM 신호 및 고 전압 제어 신호로 각각 승압하는 절연부; 및 상기 고 전압 제어 신호에 따라 기울기 제어 신호를 출력하는 고 전압 로직, 및 상기 절연 게이트 드라이버 외부의 전력 소자의 게이트에서, 상기 고 전압 PWM 신호가 상승 에지 또는 하강 에지에서 상기 기울기 제어 신호에 따른 전압 상승 또는 하강 기울기를 가지도록 상기 기울기를 조절하는 기울기 제어부를 포함하며, 상기 절연부에 의하여 상기 저 전압부와 절연되는 고 전압부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 절연 게이트 드라이버는 상기 전력 소자에 걸린 전압, 상기 전력 소자를 흐르는 전류 및 상기 전력 소자의 온도 중 적어도 하나의 정보를 수신하는 적응형 제어부를 더 포함하며, 상기 적응형 제어부는 상기 수신된 적어도 하나의 정보에 따라 상기 기울기 제어부가 상기 조절된 기울기를 바꾸도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 전력 소자는 병렬로 연결된 복수의 전력 소자를 포함하며, 상기 적응형 제어부는 상기 복수의 전력 소자 각각에 대하여 해당 전력 소자에 걸린 전압, 해당 전력 소자를 흐르는 전류 및 해당 전력 소자의 온도 중 적어도 하나의 정보를 수신할 수 있다.
또한, 상기 적응형 제어부는, 상기 복수의 전력 소자 각각에 대한 온도에 대한 정보를 수신하여 상기 온도에 대한 정보 중 최대 온도가 미리 정해진 기준 온도보다 높을 경우에 상기 기울기 제어부가 상기 조절된 기울기를 바꾸도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 기울기 제어부는 상기 기울기 제어 신호 및 상기 고 전압 PWM 신호에 의하여 스위칭되는 제 1 및 제 2 스위치부를 각각 가지는 복수의 버퍼를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 버퍼는 적어도 제 1 버퍼 및 제 2 버퍼를 포함하고, 상기 제 1 버퍼의 제 1 스위치부에 흐르는 전류는 상기 제 2 버퍼의 제 1 스위치부에 흐르는 전류의 크기와 다르도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 버퍼의 제 1 스위치부에 흐르는 전류는 상기 제 2 버퍼의 제 1 스위치부에 흐르는 전류의 2배가 되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 버퍼의 제 1 스위치부가 폐쇄될 때에 상기 제 1 버퍼의 제 2 스위치부는 개방되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 소자 구동 시스템은, 마이크로컨트롤러 유닛; 전력 소자; 및 상기 마이크로컨트롤러 유닛으로부터 PWM 신호 및 제어 신호를 수신하고, 상기 전력 소자의 게이트에 인가되는 PWM 신호가 조절된 기울기를 가지도록 구성된 절연 게이트 드라이버를 포함하며, 상기 절연 게이트 드라이버는, 상기 마이크로컨트롤러 유닛로부터 상기 PWM 신호를 수신하여 저 전압 PWM 신호를 출력하는 PWM 전달부, 및 상기 마이크로컨트롤러 유닛로부터 상기 제어 신호를 입력받아 저 전압 제어 신호를 출력하는 저 전압 로직을 포함하는 저 전압부; 상기 저 전압 PWM 신호 및 상기 저 전압 제어 신호를 고 전압 PWM 신호 및 고 전압 제어 신호로 각각 승압하는 절연부; 및 상기 고 전압 제어 신호에 따라 기울기 제어 신호를 출력하는 고 전압 로직, 및 상기 전력 소자의 게이트에서, 상기 고 전압 PWM 신호가 상승 에지 또는 하강 에지에서 상기 기울기 제어 신호에 따른 상기 조절된 기울기를 가지도록 제어하는 기울기 제어부를 포함하며, 상기 절연부에 의하여 상기 저 전압부와 절연되는 고 전압부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전력 소자 구동 시스템은 상기 전력 소자에 걸린 전압, 상기 전력 소자를 흐르는 전류 및 상기 전력 소자의 온도 중 적어도 하나의 정보를 센싱하는 센서부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 절연 게이트 드라이버는 상기 센서로부터 상기 적어도 하나의 정보를 수신하는 적응형 제어부를 더 포함하며, 상기 적응형 제어부는 상기 수신된 적어도 하나의 정보에 따라 상기 기울기 제어부가 상기 조절된 기울기를 바꾸도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 전력 소자는 병렬로 연결된 복수의 전력 소자를 포함하며, 상기 센서는 상기 복수의 전력 소자 각각에 대하여 해당 전력 소자에 걸린 전압, 해당 전력 소자를 흐르는 전류 및 해당 전력 소자의 온도 중 적어도 하나의 정보를 센싱하고, 상기 적응형 제어부는 상기 복수의 전력 소자 각각에 대하여 해당 전력 소자에 걸린 전압, 해당 전력 소자를 흐르는 전류 및 해당 전력 소자의 온도 중 적어도 하나의 정보를 상기 센서로부터 수신할 수 있다.
또한, 상기 적응형 제어부는, 상기 복수의 전력 소자 각각에 대한 온도에 대한 정보를 수신하여 상기 온도에 대한 정보 중 최대 온도가 미리 정해진 기준 온도보다 높을 경우에 상기 기울기 제어부가 상기 조절된 기울기를 바꾸도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 기울기 제어부는 상기 기울기 제어 신호 및 상기 고 전압 PWM 신호에 의하여 스위칭되는 제 1 및 제 2 스위치부를 각각 가지는 복수의 버퍼를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 버퍼는 적어도 제 1 버퍼 및 제 2 버퍼를 포함하고, 상기 제 1 버퍼의 제 1 스위치부에 흐르는 전류는 상기 제 2 버퍼의 제 1 스위치부에 흐르는 전류의 크기와 다르도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 버퍼의 제 1 스위치부에 흐르는 전류는 상기 제 2 버퍼의 제 1 스위치부에 흐르는 전류의 2배가 되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 버퍼의 제 1 스위치부가 폐쇄될 때에 상기 제 1 버퍼의 제 2 스위치부는 개방되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 절연 게이트 드라이버는 전치 구동부를 더 포함하고, 상기 전력 소자 구동 시스템은 상기 전치 구동부와 연결되며 상기 전력 소자에 PWM 신호를 출력할 수 있다.
본 발명에 의하면, 마이크로컨트롤러 유닛으로부터의 PWM 신호 및 제어 신호를 기초로 차량용 전력 소자의 턴-온/오프 기울기를 제어할 수 있다. 또한, 종래에 외부에 연결된 저항 등의 외부 소자에 의하여 수행하던 기울기 제어를 절연 게이트 드라이버 내부에서 수행하도록 할 수 있어 기존 외장 소자를 내장하여 비용이 절감될 수 있으며, 다양한 상황(과전류, 단락 등)에 따라 전력 소자의 게이트 전압 기울기를 자동으로 최적으로 선택할 수 있으며, 액티브 밀러 클램프 기능의 내장도 가능하다. 따라서, 가장 많은 전력을 소비하는 전력 소자의 안정성이 크게 향상되고, 최적화된 제어를 통해 효율이 향상되어 자동차의 연비 향상이 가능하다
도 1은 종래 기술에 따른 전력 소자 구동 시스템을 나타낸 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 게이트 드라이버를 포함하는 전력 소자 구동 시스템을 나타낸 회로도이다.
도 3은 도 2에 도시된 기울기 제어부의 일 예를 나타낸 상세 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 게이트 드라이버 및 별도의 게이트 구동부를 포함하는 전력 소자 구동 시스템을 나타낸 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 전력 소자의 전류, 전압 및/또는 온도를 센싱하여 전력 소자의 게이트 전압의 상승 및 하강 기울기를 조절하는 전력 소자 구동 시스템을 나타낸 회로도이다.
도 6은 도 5의 전력 소자가 병렬로 연결된 복수의 전력 소자로 구성되는 전력 소자 구동 시스템을 나타낸 회로도이다.
도 7은 본 발명의 기울기 조절을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 3에 도시된 기울기 제어부의 일 예를 나타낸 상세 회로도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 소자 구동 시스템(200)을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전력 소자 구동 시스템(200)은 전력 소자(250), 절연 게이트 드라이버(260) 및 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)(270)을 포함한다. 마이크로컨트롤러 유닛(270)은 전력 소자(250)를 제어하기 위하여 절연 게이트 드라이버(260)에 PWM 신호(215)를 전송한다. 그리고, PWM 신호(215)의 전송을 통해 전력 소자(250)가 제대로 동작하고 있는지를 확인하기 위하여, 각종 센싱된 신호들을 모니터링하는 모니터링 신호(216)를 절연 게이트 드라이버(260)로부터 전달받는다. 상술한 센싱되는 내용들에 대해서는 후술하기로 한다.
한편, 절연 게이트 드라이버(260)는 저 전압부(210), 고 전압부(220) 및 절연부(230)를 포함한다.
저 전압부(210)는 마이크로컨트롤러 유닛(270)으로부터 PWM 신호를 수신하여 저 전압, 예컨대, 5V의 진폭을 가진 저 전압 PWM 신호를 절연부(230)에 출력하는 PWM 전달부(212) 및 마이크로컨트롤러 유닛(270)으로부터의 제어 신호를 입력받아 저 전압의 진폭을 가진 저 전압 제어 신호를 절연부(230)에 출력하는 저 전압 로직(214)을 포함할 수 있다.
상기 저 전압은 통상적으로 3V ~ 5V의 값을 가지며, 고 전압은 통상적으로 15V ~ 20V의 값을 가진다. 상기 저 전압 로직(214)은 통신선, 예를 들면, 직렬 주변장치 인터페이스(Serial peripheral interface; SPI), I2C(Inter Integrated Circuit) 등을 이용하여 마이크로컨트롤러 유닛(270)으로부터 기울기 제어부(224)의 제어 값을 수신하고 절연부(230)를 통하여 고 전압부(220)에 전달한다.
절연부(230)는 저 전압부(210)와 고 전압부(220)를 절연시키면서 저 전압 PWM 신호 및 저 전압 제어 신호를 고 전압으로 승압한 고 전압 PWM 신호 및 고 전압 제어 신호를 생성하여 고 전압부(220)의 기울기 제어부(224) 및 고 전압 로직(222)에 각각 제공할 수 있다.
고 전압부(220)는 수신된 고전압 제어 신호에 따라 기울기 제어부(224)의 기울기 제어 신호를 출력하는 고 전압 로직(222), 기울기 제어 신호에 따라 상기 고 전압 PWM 신호를 조절된 기울기를 가지는 PWM 신호로 변환하여 전력 소자(250)의 게이트에 출력하는 기울기 제어부(224)를 포함할 수 있다. 이 경우, 기울기 제어부(224)에서 변환된 PWM 신호는 상승 에지 및/또는 하강 에지에서 기울기 제어 신호에 따라 조절된 기울기를 가진다. 고 전압은 통상적으로 15V ~ 20V의 전압값을 가진다. 저 전압부(210), 상기 고 전압부(220), 및 상기 절연부(230)는 하나의 칩으로 구현된다.
도 3은 도 2에 도시된 기울기 제어부(224)의 일 예를 나타낸 상세 회로도이다.
도 3을 참조하면, 기울기 제어부(224)는 입력부(PWM_IN), 출력부(PWM_OUT), 복수의 버퍼(320, 340, 360) 및 복수의 스위칭 제어부(310, 330)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 3 개의 버퍼로 구성된 기울기 제어부(224)를 예시로 설명하였으나, 기울기를 얼마나 세부적으로 조절할 것인지, 즉, 필요한 기울기 조절 해상력(resolution)에 따라 다양한 개수의 버퍼 구성이 가능하다. 예컨대, 본 실시예에서는 3개의 버퍼를 통하여 8 개의 기울기로 기울기 조절이 가능하다.
복수의 스위칭 제어부(310, 330)는 고전압 로직으로부터 기울기 제어 신호 및 고 전압 PWM 신호를 수신하고, 수신된 각 기울기 제어 신호와 PWM 신호에 기초하여 복수의 스위치부(322, 323)를 제어한다.
각 버퍼는 적어도 2 개의 스위치부(제 1 스위치부(322) 및 제 2 스위치부(323))를 포함한다.
제 1 스위치부(322)는 스위칭 제어부(310)의 출력부와 연결되고, 스위칭 제어부(310)의 제어에 따라 폐쇄/개방된다. 예컨대, 제 1 스위치부(322)는 고 전압 제어 신호가 하이 전압("1")이고, PWM 신호의 전압도 하이 전압인 경우에 폐쇄되고, 제어 신호 또는 PWM 신호 중 적어도 어느 하나가 로우 전압인 경우에, 제 1 스위치부(322)는 개방된다. 이 경우, 제 1 스위치부(322)가 폐쇄되는 경우에는 제 2 스위치부(323)는 개방되도록 제어하는 것이 바람직하다. 제 1 스위치부(322)가 폐쇄되면, 기울기 제어부(224)의 출력(PWM_OUT)으로 고전압부(220)의 전원 전압(HVDD)이 인가되게 되어, 전력 소자(250)의 게이트에 전류를 공급하게 된다.
제 2 스위치부(323)는 스위칭 제어부(330)의 출력부와 연결되고, 스위칭 제어부(330)의 제어에 따라 폐쇄/개방된다. 예컨대, 제 2 스위치부(323)는 고 전압 제어 신호가 하이 전압("1")이고, PWM 신호의 전압이 로우 전압("0")인 경우에 폐쇄되고, 나머지 경우에는 개방되도록 제어할 수 있다. 이 경우, 제 2 스위치부(323)가 폐쇄 되는 경우에는 제 1 스위치부(322)는 개방되도록 제어하는 것이 바람직하다. 제 2 스위치부(323)가 폐쇄되면, 기울기 제어부(224)의 출력(PWM_OUT)으로 고 전압부(220)의 접지부(HGND)가 연결되게 되고, 전력 소자(250)의 게이트로부터 고 전압부(220)의 접지부(HGND)로 전류가 흐르게 된다.
따라서, 고 전압부(220)의 전원(HVDD)에 연결된 복수의 스위치부(320, 342, 352) 중 폐쇄된 스위치부의 개수가 많을수록 고 전압부(220)의 전원으로부터 전류의 공급이 원활해져서 PWM 신호의 상승 에지에서 빠르게 전압이 상승하게 된다(즉, 상승 기울기가 커지게 된다). 반대로, 고 전압부(220)의 접지(HGND)에 연결된 복수의 스위치부(323, 343, 353) 중 폐쇄된 스위치부의 개수가 많을수록 전력 소자(250)의 게이트로부터 고 전압부(220)의 접지로 전류의 흐름이 원활해져서 PWM 신호의 하강 에지에서 빠르게 전압이 하강하게 된다(즉, 하강 기울기가 커지게 된다).
이하에서는 도 8(a) 내지 도8(c)를 참조하여, 스위칭 제어부(330) 및 스위치부(323, 343. 353)의 구현 예를 상세히 설명한다.
도 8(a)를 참조하면, 스위칭 제어부(330)는 앤드 게이트로 구성되며, 제 2 스위치부(323)는 트랜지스터(823) 및 저항(824)을 포함한다. 이 경우, 각 스위치부(323, 343, 353)의 저항(824, 844, 854)은 서로 저항 값이 다르며, 예컨대, 서로 간의 저항값이 2 배가 되도록 구성할 수 있다. 즉, 저항(824): 저항(844): 저항(824) = 1: 2: 4가 되도록 구현할 수 있다.
이 경우, 각 트랜지스터(823, 843, 853)가 턴-온(즉 스위치 폐쇄) 되었을 때의 전압은 전력 소자(250)의 게이트 전압으로 동일하게 인가되므로, 각 저항(824, 844, 854)을 통과하는 전류의 비가 4:2:1이 된다. 즉, 전력 소자(250)에서 접지로 흐르는 전류의 값을 다르다. 이렇게 각 스위치부(323, 343, 353)에 흐르는 전류의 크기를 다르게 함으로써, 다양한 해상력으로 기울기 조절이 가능하다. 본 실시예에서는 3비트 즉, 8 단계로 기울기를 조절할 수 있다.
본 실시예에서는 MOSFET으로 스위치부를 구현한 예를 도시하였으나, 바이폴라 트랜지스터를 이용하는 것도 가능하다. 그리고, 당업자라면, 다양한 종류의 트랜지스터를 이용하여 전원으로부터 전류를 인가할 수 있도록 다양한 방식으로 스위치부를 구현하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다.
도 8(b)는 도 8(a)와 거의 유사하나, 저항 대신 각기 다른 크기를 가지는 전류원(824, 844, 854)을 이용하여 동일한 기능을 구현하였다.
도 8(c)는 스위치부인 각 트랜지스터의 크기(채널부의 길이 및/또는 폭)를 다르게 구성하여 구현한 실시예이다. 예를 들어, (트랜지스터(824)의 크기):(트랜지스터(844)의 크기):(트랜지스터(854)의 크기) = 4 : 2 : 1로 구성할 수 있다. 즉, 트랜지스터(824)의 크기가 트랜지스터(844)의 크기의 2배가 되도록 구성할 수 있다. 이렇게 각 버퍼(320, 340, 360)의 트랜지스터의 크기를 다르게 함으로써, 다양한 해상력으로 기울기 조절이 가능하다. 본 실시예에서는 3비트의 고 전압 로직을 통한 제어를 통해 8 단계로 기울기를 조절할 수 있다. 제 2 트랜지스터(323, 343, 353)도 마찬가지로 기울기를 조절할 수 있다.
도 8(a) 내지 8(c)에서는 전력 소자(250)의 게이트로부터 접지로 흐르는 전류를 조절하여 하강 에지의 전압 하강 기울기를 조정하는 구현 예만 도시하였으나, 반대로 전원에서 기울기 제어부(224)의 출력부로 전류를 공급하는 것도 도 8(a) 내지 8(c)에서 구현한 예와 유사한 형태로 구현이 가능하다.
또한, 도 8(a) 내지 8(c)에서 구현한 회로를 활용하여 액티브 밀러 클램프(Active Miller Clamp)의 기능을 수행하도록 제어할 수도 있다.
이하에서는, 도 2, 도 3, 도 7(a) 및 도 7(b)을 참조하여, 본 발명의 PWM 신호의 기울기 조절의 효과에 대하여 설명한다.
전력 소자(250)의 게이트에는, 도 7(a)와 같은 PWM 신호가 인가될 수 있다. 도 7(a)에서 점선의 원으로 표시한 PWM 신호의 하강 에지 부분을 확대하면 도 7(b)와 같다.
도 2, 도 3 및 도7(b)를 참조하면, 각 버퍼(320, 340, 360)의 제 2 스위치부(323, 343, 353)가 모두 폐쇄되는 경우에는 PWM 신호에 의한 게이트 전압의 하강이 매우 빠르게 일어나게 된다(711). 그리고, 각 버퍼(320, 340, 360)의 제 2 스위치부(323, 343, 353) 중, 흐르는 전류의 크기가 가장 작은 제 2 스위치부(353) 만 폐쇄되는 경우에는 게이트 전압의 하강이 매우 느리게 일어나게 된다(713). 즉, 전류가 흐를 수 있는 통로가 여러 개가 폐쇄되는 경우에는 게이트 전압의 하강이 빠르게 일어나고, 전류가 흐를 수 있는 통로가 줄어들면 게이트 전압의 하강이 느리게 일어나기 때문이다. 상승 에지에서도 동일한 원리로, 게이트 전압의 PWM 신호의 기울기를 조절할 수 있다.
특히, 하강 에지에서, 게이트 전압의 하강 기울기를 빠르게 조절할 수 있으므로, 전류의 빠른 하강을 위해 활용했던 액티브 밀러 클램프(Active Miller Clamp)의 기능을 본 기울기 제어부(224)를 통하여 대체할 수 있다.
또한, 본 발명의 기울기 제어부(224)는 과전류, 단락 발생시, 게이트 전압의 하강(턴-오프)의 기울기를 줄여주는 소프트 턴-오프(Soft Turn-Off)의 기능도 수행하는 것이 가능하다.
또한, 외부 조건이나 로드에 관계없이 알맞은 기울기를 세팅하는 것이 가능하다.
이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 대하여 설명한다. 도 4에 따른 전력 소자 구동 시스템(200)은 별도의 게이트 구동기(420)를 더 포함한다.
도 4에 따르면, 절연 게이트 드라이버(260)는 저 전압부(210), 고 전압부(220), 절연부(230)를 포함하며, 이 경우, 고 전압부(220)는 별도의 게이트 구동기(420)를 동작시키기 위하여 PWM 신호 전달부로부터 절연부(230)을 통해 승압되어 전달된 PWM 신호를 입력받아 별도의 게이트 구동기(420)를 구동시키는 전치 구동기(410)를 더 포함한다.
별도의 게이트 구동기(420)는 전치 구동기(410)으로부터 전달받은 PWM 신호에 의해 전력 소자(250)에 게이트 구동 전압을 출력한다. 전력 소자(250)을 구동하기 위해서는 큰 전류가 공급되어야 하므로, 별도의 게이트 구동기(420)는 절연 게이트 드라이버(260)에서 공급되는 PWM 신호보다 더 큰 전류가 필요할 경우에 사용된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 소자 구동 시스템(200)을 나타낸 회로도이다. 도 5에 따른 전력 소자 구동 시스템(200)은 전력 소자(250)에 흐르는 전류, 또는 전력 소자(250)의 온도 또는 전력 소자(250)에 걸리는 전압을 측정하기 위한 센서(530)를 더 포함한다.
고 전압부(220)는 센서(530)에서 측정된 전류, 전압, 온도 중 적어도 어느 하나에 대한 정보를 수신하고, 수신된 정보를 통하여 기울기 제어부(224)를 제어하기 위한 적응형 제어부(adaptive controller, 510)를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 고 전압 로직(222)은 적응형 제어부(510)를 통하여 기울기 제어부(224)를 제어할 수도 있고, 통신을 통하여 마이크로컨트롤러 유닛으로부터 저전압 로직(214)을 거쳐 수신한 제어 신호(217)를 통하여 기울기 제어부(224)를 제어할 수도 있다. 고 전압 로직(222)은 마이크로컨트롤러 유닛(270)의 제어를 통하여, 적응형 제어부(510)로 기울기 제어부(224)를 제어할지 또는 마이크로컨트롤러 유닛(270)으로부터 수신한 제어값으로 직접 제어할 지를 선택할 수 있다.
즉, 마이크로컨트롤러 유닛(270)이 모니터링 신호(216)를 통하여 수신한 전력 소자(250)의 전류, 전압, 온도 등의 전력 소자(250) 동작 상황에 대한 정보를 통해 고 전압 로직에 제어 신호를 전달하여 기울기 제어부(224)를 제어할 수도 있으며, 센서(530)를 통해 수신한 정보를 이용하여 적응형 제어부(510)를 통해 적응적(adaptively)으로 기울기 제어부(224)를 제어할 수도 있다.
예컨대, 최초 시동 상태에서 마이크로컨트롤러 유닛(270)이 지시하는 특정 전압 상승 및/또는 하강 기울기를 유지하다가, 적응형 제어부(510)를 통해 전력 소자의 전류가 기준 전류보다 큰 경우 전력 소자의 턴-오프 시 전류 피킹(Peaking)을 피하기 위하여 기울기를 완만히 할 수 있다. 또는, 전력 소자의 콜렉터(C)-에미터간(E) 전압(VCE)이 낮고 온도가 낮은 경우 기울기를 증가시키는 등의 기울기 조정이 가능하다.
이 경우, 전력 소자의 다양한 상황(과전류, 단락 등)에 따라 및 게이트 전압 기울기를 적응적으로 선택할 수 있다. 따라서 가장 많은 전력을 소비하는 전력 소자의 안정성이 크게 증가되고 최적화된 제어를 통해 효율이 향상되어 전력 소자를 활용하는 기기의 전력 소모를 개선하여, 예컨대, 자동차의 연비 향상 등이 가능하다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 소자 구동 시스템(200)을 나타낸 회로도이다. 도 6은 기본적으로 도 5에 도시한 실시예와 거의 동일하며, 간략화를 위하여 도 5의 실시예와 다른 부분만을 설명한다.
도 6에 따르면, 전력 소자(250)는 충분한 전류를 공급받아 모터 등을 구동하기 위하여 복수 개(도 6에서는 N개)의 전력 소자들을 병렬로 연결하여 사용할 수 있다. 이 경우, 상술한 센서(530)는 병렬로 연결된 복수의 전력 소자들 각각의 전류, 전압 및 온도 중 적어도 하나를 별도로 측정할 수 있다.
예를 들어, N개의 병렬 연결된 전력 소자(250)의 온도 중 최대 온도를 측정하여 기울기를 제어할 수도 있다. 또는 N개의 병렬 연결된 전력 소자(250)의 최대 전류 값 또는 최대 전압 값이 기준 전류 및/또는 기준 전압을 초과하는 경우에 기울기를 제어할 수도 있다.
전력 소자(250)가 병렬로 연결되는 경우에는 전력 소자(250) 중 어느 하나가 문제가 될 수 있으므로, 각각의 전류, 전압, 온도를 측정하여 이용하면, 전력 소자(250) 각각에 발생할 수 있는 문제, 비효율을 해결할 수 있다.
본 발명은 외부에 연결된 전력 소자의 제어에서 전력 소자의 안정 및 시스템의 안정을 위한 게이트 구동 전압의 기울기를 내부에서 자동으로 제어하는 것이다. 기존 방식은 외부에서 소자를 달아 제어하는 방식은 고정된 값을 사용해야 하지만, 본 발명의 방식은 내부에서 값을 제어할 뿐 아니라 동작 상태에 따라 다른 기울기를 가지도록 자동으로 설정할 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
210: 저 전압부
212: PWM 신호 전달부
214: 저 전압 로직
220: 고 전압부
222: 고 전압 로직
224: 기울기 제어부
310: 스위칭 제어부
320: 버퍼
322: 제 1 스위치부
323: 제 2 스위치부
410: 전치 구동기
420: 게이트 구동기

Claims (17)

  1. 저 전압부, 절연부 및 고 전압부를 포함하는 절연 게이트 드라이버에 있어서,
    마이크로컨트롤러 유닛로부터 PWM 신호를 수신하여 저 전압 PWM 신호를 출력하는 PWM 전달부, 및 상기 마이크로컨트롤러 유닛로부터 제어 신호를 입력받아 저 전압 제어 신호를 출력하는 저 전압 로직을 포함하는 상기 저 전압부;
    상기 저 전압 PWM 신호 및 상기 저 전압 제어 신호를 고 전압 PWM 신호 및 고 전압 제어 신호로 각각 승압하는 상기 절연부; 및
    상기 고 전압 제어 신호에 따라 기울기 제어 신호를 출력하는 고 전압 로직, 및 상기 절연 게이트 드라이버 외부의 전력 소자의 게이트에서, 상기 고 전압 PWM 신호가 상승 에지 또는 하강 에지에서 상기 기울기 제어 신호에 따른 전압 상승 또는 하강 기울기를 가지도록 상기 기울기를 조절하는 기울기 제어부를 포함하며, 상기 절연부에 의하여 상기 저 전압부와 절연되는 상기 고 전압부를 포함하는,
    절연 게이트 드라이버.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 게이트 드라이버는 상기 전력 소자에 걸린 전압, 상기 전력 소자를 흐르는 전류 및 상기 전력 소자의 온도 중 적어도 하나의 정보를 수신하는 적응형 제어부를 더 포함하며,
    상기 적응형 제어부는 상기 수신된 적어도 하나의 정보에 따라 상기 기울기 제어부가 상기 조절된 기울기를 바꾸도록 제어하는,
    절연 게이트 드라이버.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전력 소자는 병렬로 연결된 복수의 전력 소자를 포함하며,
    상기 적응형 제어부는 상기 복수의 전력 소자 각각에 대하여 해당 전력 소자에 걸린 전압, 해당 전력 소자를 흐르는 전류 및 해당 전력 소자의 온도 중 적어도 하나의 정보를 수신하는
    절연 게이트 드라이버.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 적응형 제어부는, 상기 병렬로 연결된 복수의 전력 소자 각각에 대한 온도에 대한 정보를 수신하여 상기 온도에 대한 정보 중 최대 온도가 미리 정해진 기준 온도보다 높을 경우에 상기 기울기 제어부가 상기 조절된 기울기를 바꾸도록 제어하는,
    절연 게이트 드라이버.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기울기 제어부는 상기 기울기 제어 신호 및 상기 고 전압 PWM 신호에 의하여 스위칭되는 제 1 및 제 2 스위치부를 각각 가지는 복수의 버퍼를 포함하는,
    절연 게이트 드라이버.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 버퍼는 적어도 제 1 버퍼 및 제 2 버퍼를 포함하고, 상기 제 1 버퍼의 제 1 스위치부에 흐르는 전류는 상기 제 2 버퍼의 제 1 스위치부에 흐르는 전류의 크기와 다르도록 구성되는,
    절연 게이트 드라이버.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 버퍼의 제 1 스위치부에 흐르는 전류는 상기 제 2 버퍼의 제 1 스위치부에 흐르는 전류의 2배가 되도록 구성되는,
    절연 게이트 드라이버.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 버퍼의 제 1 스위치부가 폐쇄될 때에 상기 제 1 버퍼의 제 2 스위치부는 개방되도록 구성되는,
    절연 게이트 드라이버.
  9. 마이크로컨트롤러 유닛;
    전력 소자; 및
    상기 마이크로컨트롤러 유닛으로부터 PWM 신호 및 제어 신호를 수신하고, 상기 전력 소자의 게이트에 인가되는 PWM 신호가 조절된 기울기를 가지도록 구성된 절연 게이트 드라이버를 포함하며,
    상기 절연 게이트 드라이버는,
    상기 마이크로컨트롤러 유닛로부터 상기 PWM 신호를 수신하여 저 전압 PWM 신호를 출력하는 PWM 전달부, 및 상기 마이크로컨트롤러 유닛로부터 상기 제어 신호를 입력받아 저 전압 제어 신호를 출력하는 저 전압 로직을 포함하는 저 전압부;
    상기 저 전압 PWM 신호 및 상기 저 전압 제어 신호를 고 전압 PWM 신호 및 고 전압 제어 신호로 각각 승압하는 절연부; 및
    상기 고 전압 제어 신호에 따라 기울기 제어 신호를 출력하는 고 전압 로직, 및 상기 전력 소자의 게이트에서, 상기 고 전압 PWM 신호가 상승 에지 또는 하강 에지에서 상기 기울기 제어 신호에 따른 상기 조절된 기울기를 가지도록 제어하는 기울기 제어부를 포함하며, 상기 절연부에 의하여 상기 저 전압부와 절연되는 고 전압부를 포함하는
    전력 소자 구동 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전력 소자 구동 시스템은 상기 전력 소자에 걸린 전압, 상기 전력 소자를 흐르는 전류 및 상기 전력 소자의 온도 중 적어도 하나의 정보를 센싱하는 센서를 더 포함하며,
    상기 절연 게이트 드라이버는 상기 센서로부터 상기 적어도 하나의 정보를 수신하는 적응형 제어부를 더 포함하며,
    상기 적응형 제어부는 상기 수신된 적어도 하나의 정보에 따라 상기 기울기 제어부가 상기 조절된 기울기를 바꾸도록 제어하는,
    전력 소자 구동 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전력 소자는 병렬로 연결된 복수의 전력 소자를 포함하며,
    상기 센서는 상기 복수의 전력 소자 각각에 대하여 해당 전력 소자에 걸린 전압, 해당 전력 소자를 흐르는 전류 및 해당 전력 소자의 온도 중 적어도 하나의 정보를 센싱하고,
    상기 적응형 제어부는 상기 복수의 전력 소자 각각에 대하여 해당 전력 소자에 걸린 전압, 해당 전력 소자를 흐르는 전류 및 해당 전력 소자의 온도 중 적어도 하나의 정보를 상기 센서로부터 수신하는
    전력 소자 구동 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 적응형 제어부는, 상기 병렬로 연결된 복수의 전력 소자 각각에 대한 온도에 대한 정보를 수신하여 상기 온도에 대한 정보 중 최대 온도가 미리 정해진 기준 온도보다 높을 경우에 상기 기울기 제어부가 상기 조절된 기울기를 바꾸도록 제어하는,
    전력 소자 구동 시스템.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 기울기 제어부는 상기 기울기 제어 신호 및 상기 고 전압 PWM 신호에 의하여 스위칭되는 제 1 및 제 2 스위치부를 각각 가지는 복수의 버퍼를 포함하는,
    전력 소자 구동 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 버퍼는 적어도 제 1 버퍼 및 제 2 버퍼를 포함하고, 상기 제 1 버퍼의 제 1 스위치부에 흐르는 전류는 상기 제 2 버퍼의 제 1 스위치부에 흐르는 전류의 크기와 다르도록 구성되는,
    전력 소자 구동 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 버퍼의 제 1 스위치부에 흐르는 전류는 상기 제 2 버퍼의 제 1 스위치부에 흐르는 전류의 2배가 되도록 구성되는,
    전력 소자 구동 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 버퍼의 제 1 스위치부가 폐쇄될 때에 상기 제 1 버퍼의 제 2 스위치부는 개방되도록 구성되는,
    전력 소자 구동 시스템.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 절연 게이트 드라이버는 전치 구동부를 더 포함하고, 상기 전력 소자 구동 시스템은 상기 전치 구동부와 연결되며 상기 전력 소자에 PWM 신호를 출력하는,
    전력 소자 구동 시스템.
KR1020160095011A 2016-07-26 2016-07-26 절연 게이트 드라이버 및 그를 포함하는 전력 소자 구동 시스템 KR101794997B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160095011A KR101794997B1 (ko) 2016-07-26 2016-07-26 절연 게이트 드라이버 및 그를 포함하는 전력 소자 구동 시스템
US15/659,318 US10177756B2 (en) 2016-07-26 2017-07-25 Isolated gate driver and a power device driving system including the same
DE102017212830.5A DE102017212830A1 (de) 2016-07-26 2017-07-26 Isolierter Gattertreiber und ein Leistungseinrichtungstreibersystem einschliesslich desselben
CN201710616008.4A CN107659295B (zh) 2016-07-26 2017-07-26 隔离式栅极驱动器以及包括其的功率器件驱动系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160095011A KR101794997B1 (ko) 2016-07-26 2016-07-26 절연 게이트 드라이버 및 그를 포함하는 전력 소자 구동 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101794997B1 true KR101794997B1 (ko) 2017-11-08

Family

ID=60385214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160095011A KR101794997B1 (ko) 2016-07-26 2016-07-26 절연 게이트 드라이버 및 그를 포함하는 전력 소자 구동 시스템

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10177756B2 (ko)
KR (1) KR101794997B1 (ko)
CN (1) CN107659295B (ko)
DE (1) DE102017212830A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101794998B1 (ko) * 2016-07-27 2017-11-08 현대오트론 주식회사 절연 게이트 드라이버 및 그를 포함하는 전력 소자 구동 시스템
CN108631554B (zh) * 2018-03-28 2019-11-15 成都启臣微电子股份有限公司 一种自适应调节输出驱动能力的电路
US10763844B2 (en) * 2018-08-28 2020-09-01 Texas Instruments Incorporated Methods and apparatus to transmit signals in isolated gate drivers
EP3624317B1 (en) * 2018-09-12 2021-10-27 ABB Schweiz AG Control device for controlling a power semiconductor device
US10790818B1 (en) 2019-09-27 2020-09-29 Infineon Technologies Austria Ag Slew rate control by adaptation of the gate drive voltage of a power transistor
US11245394B2 (en) * 2020-07-02 2022-02-08 LEN Technology Limited Power device driving device and driving method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100212754B1 (ko) 1996-06-18 1999-08-02 정몽규 전기 자동차의 게이트 드라이버 회로
KR100986094B1 (ko) 2008-12-18 2010-10-07 한국과학기술원 듀얼 기울기 신호 발생 장치 및 방법
JP2012044514A (ja) 2010-08-20 2012-03-01 Denso Corp 半導体スイッチング素子の駆動装置及び半導体スイッチング素子の駆動方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5465054A (en) * 1994-04-08 1995-11-07 Vivid Semiconductor, Inc. High voltage CMOS logic using low voltage CMOS process
CA2172890C (en) * 1995-06-06 2005-02-22 Harold R. Schnetzka Switch driver circuit
US5604449A (en) * 1996-01-29 1997-02-18 Vivid Semiconductor, Inc. Dual I/O logic for high voltage CMOS circuit using low voltage CMOS processes
US5844840A (en) * 1997-08-19 1998-12-01 Advanced Micro Devices, Inc. High voltage NMOS pass gate having supply range, area, and speed advantages
CN1200516C (zh) * 2003-09-05 2005-05-04 清华大学 负电压电平转换电路
JP4682007B2 (ja) * 2004-11-10 2011-05-11 三菱電機株式会社 電力用半導体装置
US7236041B2 (en) * 2005-08-01 2007-06-26 Monolithic Power Systems, Inc. Isolated gate driver circuit for power switching devices
US7869229B2 (en) * 2007-04-23 2011-01-11 Active-Semi, Inc. Compensating for cord resistance to maintain constant voltage at the end of a power converter cord
US7777370B2 (en) * 2007-05-03 2010-08-17 Honeywell International Inc. Integrated gate drive for use in control and protection of power modules
CN201656939U (zh) * 2010-01-15 2010-11-24 合肥容恩电子科技有限公司 晶体管串联高速高压固态开关
CN202120920U (zh) * 2011-05-27 2012-01-18 东南大学 用于高压集成电路的金属绝缘栅场效应管结构
CN109600128A (zh) * 2013-03-09 2019-04-09 密克罗奇普技术公司 电感性负载驱动器转换速率控制器
JP6173195B2 (ja) 2013-12-04 2017-08-02 日東電工株式会社 車両用灯具
CN104104237A (zh) * 2014-06-20 2014-10-15 任磊 一种具备高低电压穿越功能的变频器
JP6634329B2 (ja) * 2016-04-01 2020-01-22 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100212754B1 (ko) 1996-06-18 1999-08-02 정몽규 전기 자동차의 게이트 드라이버 회로
KR100986094B1 (ko) 2008-12-18 2010-10-07 한국과학기술원 듀얼 기울기 신호 발생 장치 및 방법
JP2012044514A (ja) 2010-08-20 2012-03-01 Denso Corp 半導体スイッチング素子の駆動装置及び半導体スイッチング素子の駆動方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017212830A1 (de) 2018-02-01
US20180034459A1 (en) 2018-02-01
CN107659295A (zh) 2018-02-02
US10177756B2 (en) 2019-01-08
CN107659295B (zh) 2021-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101794997B1 (ko) 절연 게이트 드라이버 및 그를 포함하는 전력 소자 구동 시스템
KR101794998B1 (ko) 절연 게이트 드라이버 및 그를 포함하는 전력 소자 구동 시스템
US7242238B2 (en) Drive circuit for voltage driven type semiconductor element
JP4343897B2 (ja) 電力変換装置
CN106357251B (zh) 半导体开关装置
US8427225B2 (en) Gate driving circuit
US10281941B2 (en) Voltage generating circuit and overcurrent detecting circuit
CN107980199B (zh) 电源开关装置
US9882465B2 (en) Commutation cell, power converter and compensation circuit having dynamically controlled voltage gains
US20090066402A1 (en) Gate drive circuit
US7777437B2 (en) Switching control system and motor driving system
JP7268507B2 (ja) ゲート駆動装置及び電力変換装置
CN107852159B (zh) 驱动装置
JP7198028B2 (ja) ドライバ装置
JP2015089051A (ja) 半導体装置
JP6104391B2 (ja) バッファ回路
JP3608199B2 (ja) Ｉｃ間のインターフェースシステム、及びｉｃ
US9318973B2 (en) Driving device
JP5252055B2 (ja) 負荷駆動装置
US20210242864A1 (en) Switch circuit capable of overcurrent protection with small and simple circuit, and with simple operation, without affecting normal operation
KR101733778B1 (ko) 스위칭 신호의 제어 장치 및 방법
EP3940956B1 (en) Control circuitry for power semiconductor switches using control signal feedback
US10985745B1 (en) Drivers for power semiconductor switches using device feedback
WO2020209007A1 (ja) 電力用半導体素子の駆動回路
JP2009273244A (ja) スイッチング回路

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant