KR101794999B1 - 절연 게이트 드라이버 고 전압부 전원 생성 방법 - Google Patents

절연 게이트 드라이버 고 전압부 전원 생성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 절연 게이트 드라이버는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 펄스 폭을 제어하는 PWM 신호 제어부, 및 마이크로컨트롤러 유닛으로부터 수신한 전력 소자 제어 신호를 고 전압부에 전달하는 전달부를 포함하는 저 전압부; 고 전압부의 전원 전압을 모니터링하는 전압 모니터링부 및 상기 전달부로부터 전력 소자 제어 신호에 기초하여 상기 전력 소자를 구동하는 프리드라이버를 포함하는 고 전압부; 및 상기 저 전압부와 고 전압부를 절연시키는 절연부를 포함하며, 상기 PWM 신호 제어부는 상기 전압 모니터링 결과에 기초하여 상기 펄스 폭을 제어할 수 있다. 본 발명에 따르면, 추가적인 변압기를 이용하여 간접으로 고 전압부의 전원 전압을 모니터링하는 종래 기술 대비, 고 전압을 직접 모니터링할 수 있어 정밀한 제어가 가능하며, 따라서 연비 향상이 가능하다. 또한, 외부 소자 및 변압기를 단순화 할 수 있기 때문에 원가 절감도 가능하다.

Description

절연 게이트 드라이버 고 전압부 전원 생성 방법{Power Supply Generation Method For High Voltage Of Isolated Gate Driver}
본 발명은 절연 게이트 드라이버에 관한 것으로 더 상세하게는 절연 게이트 드라이버에서 외부에 연결된 전력 소자의 제어를 위한 고 전압부 전원의 생성 방법에 관한 것이다.
친환경 차량이 성장하면서 고 전압 신호를 많이 사용하는 전기차와 하이브리드 시스템의 모터 구동이나 고 전압 변환 등에 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Isolated Gate Bipolar Transistor; IGBT) 또는 SiC(Silicon Carbide) 등의 전력 소자를 사용한다. 이러한 전력소자를 구동하기 위해서는 절연 게이트 드라이버가 필요하다.
절연 게이트 드라이버는 파워 앰프의 일종으로 컨트롤러 IC(Integrated Circuit)로부터 인가되는 저 전압 입력을 수신하고, IGBT나 SIC 등의 고전력 트랜지스터의 게이트를 위한 고전류 구동 입력을 출력하는 구동 회로이다. 이러한 절연 게이트 드라이버는 고전류 구동 입력을 생성하기 위한 고 전압의 전원을 생성하는 구동 전원 생성부가 필수적이다.
도 1은 종래 기술의 절연 게이트 드라이버(140)를 나타낸 회로도이다.
도 1을 참조하면, 절연 게이트 드라이버(140) 외부의 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 제어부(150)에서 출력되는 PWM 신호와 배터리 전압을 이용하여 고 전압부 전원(HVDD)을 생성하게 된다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 종래 기술은 저 전압단의 접지(GND1)와 연결된 변압기(160)를 이용하여 피드백(FB)을 수신하고 고 전압부 전원(HVDD)을 간접적으로 모니터링하는 방법을 사용했다.
따라서, 기존에는 고 전압부(120)의 전원을 제어하기 위해 저 전압단의 변압기(160) 등의 간접적인 모니터링 수단만을 활용할 수 밖에 없었기 때문에 절연 게이트 드라이버의 고 전압부 전원(HVDD)의 정밀 제어가 극히 어려웠다.
본 발명은 상술한 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 절연 게이트 드라이버의 고 전압부의 구동 전원을 정확하게 모니터링 및 제어할 수 있는 절연 게이트 드라이버를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 절연 게이트 드라이버는, PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 펄스 폭을 제어하는 PWM 신호 제어부, 및 마이크로컨트롤러 유닛으로부터 수신한 전력 소자 제어 신호를 고 전압부에 전달하는 제어 신호 전달부를 포함하는 저 전압부; 상기 고 전압부의 전원 전압을 모니터링하는 전압 모니터링부 및 상기 제어 신호 전달부로부터 수신한 전력 소자 제어 신호에 기초하여 상기 전력 소자를 구동하는 프리드라이버를 포함하는 고 전압부; 및 상기 저 전압부와 상기 고 전압부를 절연시키는 절연부를 포함하며, 상기 PWM 신호 제어부는 상기 전압 모니터링부의 모니터링 결과에 기초하여 상기 펄스 폭을 제어할 수 있다.
이 경우, 상기 모니터링 결과는 상기 고 전압부의 전원 전압을 측정한 전압 값, 상기 고 전압부의 전원 전압이 제 1 기준 고 전압 이상이라는 것을 나타내는 고 전압 신호, 상기 고 전압부의 전원 전압이 기준 저 전압 이하라는 것을 나타내는 저 전압 신호, 및 고 전압부의 전원 전압이 제 2 기준 고 전압 이상이라는 것을 나타내는 과전압 신호 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 PWM 신호 제어부는, 상기 모니터링 결과가 상기 과전압 신호인 경우 상기 PWM 신호를 오프(off)시킬 수 있다.
또한, 상기 PWM 신호 제어부는, 상기 모니터링 결과가 상기 저 전압 신호인 경우 상기 펄스 폭을 증가하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 모니터링 결과는 상기 전압 값이며, 상기 PWM 신호 제어부는 삼각파 생성기 및 비교기를 포함하며, 상기 비교기는 상기 측정된 전압 값과 상기 삼각파 생성기에서 생성된 삼각파 전압을 비교하여 상기 PWM 펄스 폭을 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 모니터링 결과는 상기 전압 값이며, 상기 PWM 신호 제어부는 디지털 필터 및 PWM 생성기를 포함하며, 상기 디지털 필터는 상기 측정된 전압 값에 기초하여 상기 PWM 생성기에서 생성된 펄스의 듀티비를 제어하되, 상기 펄스의 듀티비에 따라 상기 고 전압부의 전원 전압이 조절되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 프리드라이버는, 상기 모니터링 결과에 기초하여 상기 프리드라이버의 동작 상태를 변경할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전력 소자 제어 시스템은 마이크로컨트롤러 유닛; 상기 마이크로컨트롤러 유닛과 연결된 절연 게이트 드라이버; 및 상기 절연 게이트 드라이버에 의하여 제어되는 고 전압부 전원 생성부를 포함하되, 상기 절연 게이트 드라이버는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 펄스 폭을 제어하는 PWM 신호 제어부, 및 마이크로컨트롤러 유닛으로부터 수신한 전력 소자 제어 신호를 고 전압부에 전달하는 제어 신호 전달부를 포함하는 저 전압부; 상기 고 전압부의 전원 전압을 모니터링하는 전압 모니터링부 및 상기 제어 신호 전달부로부터 수신한 전력 소자 제어 신호에 기초하여 상기 전력 소자를 구동하는 프리드라이버를 포함하는 고 전압부; 및 상기 저 전압부와 상기 고 전압부를 절연시키는 절연부를 포함하며, 상기 PWM 신호 제어부는 상기 전압 모니터링부의 모니터링 결과에 기초하여 상기 펄스 폭을 제어하며, 상기 고 전압부 전원 생성부는 상기 PWM 신호 제어부와 연결된 변압기를 포함하고, 상기 고 전압부의 전원 전압을 생성할 수 있다.
이 경우, 상기 모니터링 결과는 상기 고 전압부의 전원 전압을 측정한 전압 값, 상기 고 전압부의 전원 전압이 제 1 기준 고 전압 이상이라는 것을 나타내는 고 전압 신호, 상기 고 전압부의 전원 전압이 기준 저 전압 이하라는 것을 나타내는 저 전압 신호, 및 고 전압부의 전원 전압이 제 2 기준 고 전압 이상이라는 것을 나타내는 과전압 신호 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 PWM 신호 제어부는, 상기 모니터링 결과가 상기 과전압 신호인 경우 상기 PWM 신호를 오프(off)시킬 수 있다.
또한, 상기 PWM 신호 제어부는, 상기 모니터링 결과가 상기 저 전압 신호인 경우 상기 펄스 폭을 증가하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 모니터링 결과는 상기 전압 값이며, 상기 PWM 신호 제어부는 삼각파 생성기 및 비교기를 포함하며, 상기 비교기는 상기 측정된 전압 값과 상기 삼각파 생성기에서 생성된 삼각파 전압을 비교하여 상기 PWM 펄스 폭을 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 모니터링 결과는 상기 전압 값이며, 상기 PWM 신호 제어부는 디지털 필터 및 PWM 생성기를 포함하며, 상기 디지털 필터는 상기 측정된 전압 값에 기초하여 상기 PWM 생성기에서 생성된 펄스의 듀티비를 제어하되, 상기 펄스의 듀티비에 따라 상기 고 전압부의 전원 전압이 조절되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 프리드라이버는, 상기 모니터링 결과에 기초하여 상기 프리드라이버의 동작 상태를 변경하는 것을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 게이트 드라이버 고 전압부 전원 생성 방법은 서로 절연된 저 전압부 및 고 전압부를 포함하는 절연 게이트 드라이버에서, 상기 고 전압부의 전원 전압을 상기 고 전압부에 포함된 전압 모니터링부에서 모니터링하여, 모니터링 결과를 상기 저 전압부로 전달하는 단계; 상기 모니터링 결과에 따라 상기 저 전압부에 포함된 PWM 신호 제어부에서 PWM 신호의 펄스 폭을 제어하는 단계; 및 상기 펄스 폭에 따라 상기 고 전압부의 전원 전압을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 모니터링 결과는 상기 전원 전압을 측정한 전압 값, 상기 고 전압부의 전원 전압이 제 1 기준 고 전압 이상이라는 것을 나타내는 고 전압 신호, 상기 고 전압부의 전원 전압이 기준 저 전압 이하라는 것을 나타내는 저 전압 신호, 및 고 전압부의 전원 전압이 게이트 드라이버의 동작에 문제를 발생시킬 수 있는 제 2 기준 고 전압 이상이라는 것을 나타내는 과전압 신호 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 펄스 폭을 제어하는 단계는, 상기 모니터링 결과가 상기 과전압 신호인 경우 상기 PWM 신호 제어부가 상기 PWM 신호를 오프(off)시키도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 모니터링 결과는 상기 고 전압부의 전원 전압을 측정한 전압 값이며, 상기 펄스 폭을 제어하는 단계는 상기 측정된 전압 값과 삼각파 전압을 비교하여 상기 PWM 펄스 폭을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 모니터링 결과는 상기 고 전압부의 전원 전압을 측정한 전압 값이며, 상기 펄스 폭을 제어하는 단계는 상기 측정한 전압 값에 따라 상기 PWM 신호의 듀티비를 제어하고, 상기 듀티비에 따라 상기 고 전압부의 전원 전압이 조절되도록 구성될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 절연 게이트 드라이버 고 전압부 전원 생성 방법은, 간접적으로 고 전압부 전압을 모니터링하던 기존 방식 대비, 고 전압부의 전원을 절연 게이트 드라이버 내부에서 직접 모니터링하여 제어하기 때문에 정확한 모니터링 및 제어가 가능하다. 따라서, 정밀한 전력소자 제어를 통하여 연비 향상이 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 외부 소자 및 변압기를 단순화할 수 있기 때문에 원가 절감도 가능하다. 물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 종래 기술의 절연 게이트 드라이버를 나타낸 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 소자 제어 시스템을 나타낸 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고 전압부의 모니터링부 및 PWM 신호 제어부를 나타낸 회로도이다.
도 4는 도 3의 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 제어부 내부의 신호를 상세히 나타낸 것이다.
도 5는 플라이백 제어를 사용했을 때, 고 전압부와 펄스 폭과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고 전압부의 모니터링부 및 PWM 신호 제어부를 나타낸 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.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 소자 제어 시스템(200)을 나타낸 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 소자 제어 시스템(200)은 마이크로컨트롤러 유닛(260), 절연 게이트 드라이버(250) 및 고 전압부 전원 생성부(270)를 포함한다. 고 전압부 전원 생성부(270)는 PWM 신호 제어부(221)와 연결된 변압기(280)를 통하여 고 전압부 전압을 생성한다.
절연 게이트 드라이버(250)는 저 전압부(220), 고 전압부(230) 및 절연부(240)를 포함한다.
절연부(240)는 변압기(280)를 사용하는 마그네틱(magnetic)방식, 포토다이오드(photo diode)방식, 커패시터를 이용한 용량성(capacitive)통신 등 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
저 전압부(220)는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 제어부(221) 및 제어 신호 전달부(222)를 포함할 수 있다. PWM 신호 제어부(221)는 PWM 신호의 펄스 폭을 제어하며, 제어 신호 전달부(222)는 마이크로컨트롤러 유닛(260)으로부터 수신한 전력 소자(210)에 대한 제어 신호를 고 전압부(230)에 전달한다.
PWM(Pulse Width Modulation) 신호 제어부(221)는 전압 모니터링부(231)의 모니터링 결과에 기초하여 펄스 폭을 제어한다. 모니터링 결과는 예를 들어, 고 전압부(230)의 전원 전압을 측정한 전압 값, 고 전압부(230)의 전원 전압이 제 1 기준 고 전압 이상이라는 것을 나타내는 고 전압 신호, 고 전압부(230)의 전원 전압이 기준 저 전압 이하라는 것을 나타내는 저 전압 신호, 및 고 전압부(230)의 전원 전압이 게이트 드라이버의 동작에 문제를 발생시킬 수 있는 제 2 기준 고 전압 이상이라는 것을 나타내는 과전압 신호 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
모니터링 결과가 고 전압부(230)의 전원 전압을 측정한 전압 값인 경우, PWM (Pulse Width Modulation) 신호 제어부(221)는 고 전압부(230)에서 측정된 전압 값을 활용하여 PWM 펄스 폭을 제어할 수 있다. 측정된 전압 값을 직접 활용하는 예에 대해서는 도 3 및 도 4에 대한 설명과 함께 상세히 후술하도록 한다.
모니터링 결과가 고 전압 신호인 경우 PWM 신호 제어부(221)는 예를 들어, PWM 신호의 펄스 폭을 감소하도록 제어할 수 있다. 모니터링 결과가 저 전압 신호인 경우 PWM 신호의 펄스 폭을 증가시키도록 제어할 수 있다. 또는 모니터링 결과가 과전압 신호인 경우 PWM 신호 제어부(221)는 PWM 신호를 오프(Off)시킨다.
한편, 고 전압부(230)는 전원 전압을 모니터링하는 전압 모니터링부(231) 및 제어 신호 전달부(222)로부터 전력 소자(210)에 대한 제어 신호에 기초하여 전력 소자를 구동하는 프리드라이버(232)를 포함할 수 있다.
또한 종래기술은 저 전압부 접지(GND1)와 고 전압부 접지(GND2) 중 저 전압부 접지(GND1)에 연결된 피드백만을 가지고 고 전압부(230) 전압을 간접적으로 제어한다. 고 전압부 접지(GND2)의 전압은 저 전압부 접지(GND1)와 달리 변동할 가능성이 있는데, 이로 인해 고 전압부 전원 전압을 종래기술과 같이 간접적으로 측정할 경우에는 실제 전압과 차이가 발생할 수 있다. 따라서 정확한 고 전압부 전원 전압 측정이 불가능하기 때문에 전력 소자(210)의 정밀한 제어가 매우 어려웠다. 하지만 본 발명은 모니터링부(231)가 고 전압부(230)에 포함되어 직접적으로 전압을 모니터링할 수 있기 때문에 정확한 제어가 가능하다. 뿐만 아니라 정확한 제어로 연비 향상도 가능하다. 더불어 외부 소자 및 변압기 형태를 단순히 할 수 있기 대문에 원가절감 효과가 있다.
모니터링부(231)는 직접적으로 고 전압부 전원 전압을 측정하거나, 분배 저항 등을 사용하여 전압을 낮춘 후 측정할 수 있다.
프리드라이버(232)는 상술한 모니터링 결과에 기초하여 프리드라이버(232)의 동작 상태, 예를 들어, 프리드라이버(232) 출력단에서 출력되는 펄스의 상승 에지(Rising edge) 또는 하강 에지(Falling edge)의 기울기(Slew Rate)를 변경할 수 있다.
절연부(240)는 저 전압부(220)와 고 전압부(230)를 절연시키면서 저 전압 전력 소자 제어 신호를 고 전압으로 승압한 고 전압 전력 소자 제어 신호를 고 전압부(230)에 제공할 수 있다. 또한, 고 전압부(230)에서 생성된 모니터링 결과를 저 전압부(220)에 포함된 PWM 신호 제어부(221)에 제공할 수 있다.
이러한 절연부(240)는 예를 들어, 변압기(280)를 사용하는 마그네틱(magnetic)방식, 포토다이오드(photo diode)방식, 커패시터를 이용한 용량성(capacitive)통신 등 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고 전압부(230)의 모니터링부(231) 및 PWM 신호 제어부(221)를 나타낸 회로도이다. 특히, 도 3의 실시예는 PWM 신호 제어부(221)에서 피드백되는 전압을 플라이백 방식으로 생성한다.
도 3을 참조하면, 고 전압부(230)의 모니터링부(231)는 피드백부(233), 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기 (또는 펄스 변환기)(234)를 포함할 수 있다. 한편, 저 전압부(220)의 PWM 신호 제어부(221)는 디지털-아날로그 컨버터(DAC, 223) 및 저대역통과필터(224), 삼각파 발생부(228), 비교기(229) 및 PWM 제어 스위치(225)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 PWM 제어 신호부(221)가 고 전압부(230)에서 디지털로 변환된 전압 값을 디지털-아날로그 변환기(223)에서 다시 아날로그 전압으로 변환한다. 이 경우, 아날로그신호를 디지털신호로 변환시켜 주는 아날로그-디지털 변환기 (또는 펄스 변환기)(234)와 디지털신호를 아날로그신호로 변환시켜 주는 디지털-아날로그 변환기(223)를 사용하는데 이는 신호의 왜곡을 방지해주는 효과가 있다.
아날로그로 변환된 측정 전압 값은 저대역통과필터(224)를 거쳐 비교기(229)의 입력부에 플라이백 전압(Vf)으로서 인가된다. 한편, 별도의 삼각파 발생부(228)에서 생성된 삼각파 전압도 비교기(229)의 입력부에 인가되고, 비교기(229)는 저대역통과필터(224)와 삼각파 전압을 비교한다.
도 3의 도면에서는 생략되었으나, 당업자는 적절한 설계에 따라 제어 스위치(225) 하단부를 구성할 수 있다. 예컨대, 제어 스위치(225) 하단부는 저 전압부 접지(GND1)에 연결될 수 있다.
이하에서는 도 4를 참조하여 도 3의 PWM 신호 제어부(221) 내부의 동작을 상세히 설명한다.
도 4를 참조하면, 삼각파 발생부(228)에서 생성된 삼각파 전압과 비교기(229)에 입력으로 제공되는 플라이백 전압 값을 비교하여 제어 스위치(225)의 입력인 사각형의 펄스를 제어 전압(Vr)으로 생성한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 플라이백 전압 값이 높으면 펄스 폭이 줄어들고(a), 플라이백 전압 값이 낮으면 펄스 폭이 증가한다(b). 즉, 측정된 고 전압부(231)의 전원 전압 값이 높아지면 펄스 폭이 줄어들고, 고 전압부(231)의 전원 전압 값이 낮아지면 펄스 폭이 감소하게 된다. 따라서, 고 전압부(231)의 전원 전압이 항상 적절한 전압으로 다이나믹하게 조절될 수 있다.
도 5는 플라이백 제어를 사용했을 때, 고 전압부(230)와 펄스 폭과의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 5의 그래프에서 펄스 폭은 듀티비(Duty Ratio)를 나타낸 것이다. 또한, 기준 전압은 예를 들어, PWM의 듀티비가 0.5 일 때의 전압으로 설정하였다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 펄스 폭을 증가시키면 고 전압부(230)의 전압을 키울 수 있고, 펄스 폭을 감소시키면 고 전압부(230)의 전압을 줄일 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 고 전압부(230)의 모니터링부(231) 및 PWM 신호 제어부(221)를 나타낸 회로도이다. 특히, 도 6의 실시예는 PWM 신호 제어부(221)에서 피드백되는 전압을 디지털 방식으로 생성한다.
도 6을 참조하면, 고 전압부(230)의 모니터링부(231)는 피드백부(233), 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기 (또는 펄스 변환기)(234)를 포함할 수 있다. 한편, 저 전압부(220)의 PWM 신호 제어부(221)는 디지털필터(226)와 PWM 생성기(227), 제어 스위치(225)를 포함할 수 있다.
디지털 방식은 고 전압부(230)에서 변환된 디지털신호를 PWM(227)을 통하여 PWM 신호로 변환하게 된다. 이때, 측정 모니터링 전압 값이 높을 경우엔 펄스 폭을 줄이고, 전압이 낮으면 펄스 폭을 키우게 된다. 또한 도 4에서는, 디지털필터(226)를 사용하는데 이는 신호의 왜곡을 방지해주는 효과가 있다.
본 실시예에서는 고 전압부(230)에서 디지털로 변환된 전압 값이 PWM 제어 신호부(221)의 디지털 필터(226)에 입력되게 된다.
디지털 필터(226)는 PWM 생성기(227)의 듀티비를 제어할 수 있는 제어 신호를 발생시킨다. 예를 들어, 디지털 필터(226)는 고 전압부(230)의 전원 전압 값을 도 5에 나타낸 바와 같은 (고 전압부 전원 전압)-펄스 폭의 관계에 따라 제어할 수 있다. 이 경우, 고 전압부(230)의 전원 전압 값이 도 5에서 나타낸 기준 전압과 동일한 경우에, 듀티비를 0.5로 하는 제어 신호를 PWM 생성기(227)에 출력할 수 있다.
이러한 (고 전압부 전원 전압)-펄스 폭의 관계는 디지털 필터(226)에 룩업 테이블(Look-up Table)의 형태로 저장될 수도 있다. 또는 디지털 필터(226)가 (고 전압부 전원 전압)-펄스 폭의 관계를 계산하는 전용 연산 로직 회로의 형태로 구현될 수도 있다.
PWM 생성기(227)는 디지털 필터(226)에서 생성된 제어 신호에 기초하여 PWM 신호를 생성하여 제어 스위치(225)를 제어한다.
도 6의 도면에서는 생략되었으나, 당업자는 적절한 설계에 따라 제어 스위치(225) 하단부를 구성할 수 있다. 예컨대, 제어 스위치(225) 하단부는 저 전압부 접지(GND1)에 연결될 수 있다.
종래 기술은 직접적으로 고 전압부(230)에 필요한 전원을 모니터링할 수 없었기 때문에 절연 게이트 드라이버 외부에 추가적인 변압기 등을 탑재하는 등 간접적인 방법으로 고 전압부 전원 전압을 모니터링했지만 본 발명에 따르면, 고 전압부(230) 전원 전압을 고 전압부 접지(GND2)와 연결된 절연 게이트 드라이버 내부 모니터링 회로에서 모니터링할 수 있다. 따라서, 고 전압부 접지(GND2)의 변동되는 부분까지 반영된 정확한 모니터링이 가능하다.
또한, 절연 게이트 드라이버 내부에 모니터링 회로가 설치되는 경우에는 모니터링된 값이 즉각적으로 반영되기가 어려웠는데, PWM 신호 제어부(221)를 절연 게이트 드라이버 내부에 탑재하여 실시간으로 고 전압부 전원 전압 값을 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 종래 기술은 모니터링 용도의 별도의 피드백 변압기 및 PWM 신호 제어부를 절연 게이트 드라이버 외부에 설치되어야 했지만, 절연 게이트 드라이버에서 상술한 기능들을 모두 커버할 수 있으므로, 원가 절감이 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
220: 저 전압부
221: PWM 신호 제어부
222: 제어 신호 전달부
231: 모니터링부
232: 프리드라이버
240: 절연부
270: 고 전압부 전원 생성부
280: 변압기

Claims (19)

  1. PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 펄스 폭을 제어하는 PWM 신호 제어부, 및 마이크로컨트롤러 유닛으로부터 수신한 전력 소자 제어 신호를 고 전압부에 전달하는 제어 신호 전달부를 포함하는 저 전압부;
    상기 고 전압부의 전원 전압을 모니터링하는 전압 모니터링부 및 상기 제어 신호 전달부로부터 수신한 전력 소자 제어 신호에 기초하여 상기 전력 소자를 구동하는 프리드라이버를 포함하는 고 전압부; 및
    상기 저 전압부와 상기 고 전압부를 절연시키는 절연부를 포함하며,
    상기 PWM 신호 제어부는 상기 전압 모니터링부의 모니터링 결과에 기초하여 상기 펄스 폭을 제어하는,
    절연 게이트 드라이버.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모니터링 결과는 상기 고 전압부의 전원 전압을 측정한 전압 값, 상기 고 전압부의 전원 전압이 제 1 기준 고 전압 이상이라는 것을 나타내는 고 전압 신호, 상기 고 전압부의 전원 전압이 기준 저 전압 이하라는 것을 나타내는 저 전압 신호, 및 고 전압부의 전원 전압이 제 2 기준 고 전압 이상이라는 것을 나타내는 과전압 신호 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
    절연 게이트 드라이버.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 PWM 신호 제어부는, 상기 모니터링 결과가 상기 과전압 신호인 경우 상기 PWM 신호를 오프(off)시키는,
    절연 게이트 드라이버.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 PWM 신호 제어부는, 상기 모니터링 결과가 상기 저 전압 신호인 경우 상기 펄스 폭을 증가하도록 제어하는,
    절연 게이트 드라이버.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 모니터링 결과는 상기 전압 값이며,
    상기 PWM 신호 제어부는 삼각파 생성기 및 비교기를 포함하며, 상기 비교기는 상기 측정된 전압 값과 상기 삼각파 생성기에서 생성된 삼각파 전압을 비교하여 상기 PWM 펄스 폭을 제어하도록 구성된,
    절연 게이트 드라이버.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 모니터링 결과는 상기 전압 값이며,
    상기 PWM 신호 제어부는 디지털 필터 및 PWM 생성기를 포함하며,
    상기 디지털 필터는 상기 측정된 전압 값에 기초하여 상기 PWM 생성기에서 생성된 펄스의 듀티비를 제어하되, 상기 펄스의 듀티비에 따라 상기 고 전압부의 전원 전압이 조절되도록 구성되는,
    절연 게이트 드라이버.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리드라이버는, 상기 모니터링 결과에 기초하여 상기 프리드라이버의 동작 상태를 변경하는 것을 포함하는,
    절연 게이트 드라이버.
  8. 마이크로컨트롤러 유닛;
    상기 마이크로컨트롤러 유닛과 연결된 절연 게이트 드라이버; 및
    상기 절연 게이트 드라이버에 의하여 제어되는 고 전압부 전원 생성부를 포함하되,
    상기 절연 게이트 드라이버는
    PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 펄스 폭을 제어하는 PWM 신호 제어부, 및 마이크로컨트롤러 유닛으로부터 수신한 전력 소자 제어 신호를 고 전압부에 전달하는 제어 신호 전달부를 포함하는 저 전압부;
    상기 고 전압부의 전원 전압을 모니터링하는 전압 모니터링부 및 상기 제어 신호 전달부로부터 수신한 전력 소자 제어 신호에 기초하여 상기 전력 소자를 구동하는 프리드라이버를 포함하는 고 전압부; 및
    상기 저 전압부와 상기 고 전압부를 절연시키는 절연부를 포함하며,
    상기 PWM 신호 제어부는 상기 전압 모니터링부의 모니터링 결과에 기초하여 상기 펄스 폭을 제어하며,
    상기 고 전압부 전원 생성부는 상기 PWM 신호 제어부와 연결된 변압기를 포함하고, 상기 고 전압부의 전원 전압을 생성하는,
    전력 소자 제어 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 모니터링 결과는 상기 고 전압부의 전원 전압을 측정한 전압 값, 상기 고 전압부의 전원 전압이 제 1 기준 고 전압 이상이라는 것을 나타내는 고 전압 신호, 상기 고 전압부의 전원 전압이 기준 저 전압 이하라는 것을 나타내는 저 전압 신호, 및 고 전압부의 전원 전압이 제 2 기준 고 전압 이상이라는 것을 나타내는 과전압 신호 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
    전력 소자 제어 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 PWM 신호 제어부는, 상기 모니터링 결과가 상기 과전압 신호인 경우 상기 PWM 신호를 오프(off)시키는,
    전력 소자 제어 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 PWM 신호 제어부는, 상기 모니터링 결과가 상기 저 전압 신호인 경우 상기 펄스 폭을 증가하도록 제어하는,
    전력 소자 제어 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 모니터링 결과는 상기 전압 값이며,
    상기 PWM 신호 제어부는 삼각파 생성기 및 비교기를 포함하며, 상기 비교기는 상기 측정된 전압 값과 상기 삼각파 생성기에서 생성된 삼각파 전압을 비교하여 상기 PWM 펄스 폭을 제어하도록 구성된,
    전력 소자 제어 시스템.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 모니터링 결과는 상기 전압 값이며,
    상기 PWM 신호 제어부는 디지털 필터 및 PWM 생성기를 포함하며,
    상기 디지털 필터는 상기 측정된 전압 값에 기초하여 상기 PWM 생성기에서 생성된 펄스의 듀티비를 제어하되, 상기 펄스의 듀티비에 따라 상기 고 전압부의 전원 전압이 조절되도록 구성되는,
    전력 소자 제어 시스템.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 프리드라이버는, 상기 모니터링 결과에 기초하여 상기 프리드라이버의 동작 상태를 변경하는 것을 포함하는,
    전력 소자 제어 시스템.
  15. 서로 절연된 저 전압부 및 고 전압부를 포함하는 절연 게이트 드라이버에서,
    상기 고 전압부의 전원 전압을 상기 고 전압부에 포함된 전압 모니터링부에서 모니터링하여, 모니터링 결과를 상기 저 전압부로 전달하는 단계;
    상기 모니터링 결과에 따라 상기 저 전압부에 포함된 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 제어부에서 PWM 신호의 펄스 폭을 제어하는 단계; 및
    상기 펄스 폭에 따라 상기 고 전압부의 전원 전압을 조절하는 단계를 포함하는,
    절연 게이트 드라이버 고 전압부 전원 생성 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 모니터링 결과는 상기 전원 전압을 측정한 전압 값, 상기 고 전압부의 전원 전압이 제 1 기준 고 전압 이상이라는 것을 나타내는 고 전압 신호, 상기 고 전압부의 전원 전압이 기준 저 전압 이하라는 것을 나타내는 저 전압 신호, 및 고 전압부의 전원 전압이 게이트 드라이버의 동작에 문제를 발생시킬 수 있는 제 2 기준 고 전압 이상이라는 것을 나타내는 과전압 신호 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
    절연 게이트 드라이버 고 전압부 전원 생성 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 펄스 폭을 제어하는 단계는, 상기 모니터링 결과가 상기 과전압 신호인 경우 상기 PWM 신호 제어부가 상기 PWM 신호를 오프(off)시키도록 제어하는 단계를 포함하는,
    절연 게이트 드라이버 고 전압부 전원 생성 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 모니터링 결과는 상기 고 전압부의 전원 전압을 측정한 전압 값이며,
    상기 펄스 폭을 제어하는 단계는 상기 측정된 전압 값과 삼각파 전압을 비교하여 상기 PWM 펄스 폭을 제어하는 단계를 포함하는,
    절연 게이트 드라이버 고 전압부 전원 생성 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 모니터링 결과는 상기 고 전압부의 전원 전압을 측정한 전압 값이며,
    상기 펄스 폭을 제어하는 단계는 상기 측정한 전압 값에 따라 상기 PWM 신호의 듀티비를 제어하고, 상기 듀티비에 따라 상기 고 전압부의 전원 전압이 조절되도록 구성되는,
    절연 게이트 드라이버 고 전압부 전원 생성 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009152871A (ja) 2007-12-20 2009-07-09 Sharp Corp Ｐｗｍ信号発生装置及びそれを備えた電子装置

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