KR101886005B1 - 병렬 igbt 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치 및 방법 - Google Patents

병렬 igbt 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101886005B1
KR101886005B1 KR1020170129683A KR20170129683A KR101886005B1 KR 101886005 B1 KR101886005 B1 KR 101886005B1 KR 1020170129683 A KR1020170129683 A KR 1020170129683A KR 20170129683 A KR20170129683 A KR 20170129683A KR 101886005 B1 KR101886005 B1 KR 101886005B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
igbt
output value
gate voltage
igbts
phase
Prior art date
Application number
KR1020170129683A
Other languages
English (en)
Inventor
이재범
조인호
정신명
김길동
류준형
박춘수
Original Assignee
한국철도기술연구원
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 한국철도기술연구원 filed Critical 한국철도기술연구원
Priority to KR1020170129683A priority Critical patent/KR101886005B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101886005B1 publication Critical patent/KR101886005B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—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
    • H03K17/567—Circuits characterised by the use of more than one type of semiconductor device, e.g. BIMOS, composite devices such as IGBT
    • 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

본 발명은 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 양상인 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 방법은, 제어부를 통해 게이트 전압이 인가되는 제 1 단계; 상기 인가된 게이트 전압이 복수의 GDU(Gate Drive Unit)를 거쳐 병렬로 연결된 복수의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)로 전달되는 제 2 단계; 상기 복수의 IGBT 각각에 연결된 복수의 비교기가 상기 복수의 IGBT 각각에 전달되는 전달 게이트 전압과 미리 설정된 문턱 전압을 비교하여 High 또는 Low의 비교값을 출력하는 제 3 단계; 및 상기 제어부가 상기 복수의 비교기로부터 전달받은 비교값을 이용하여 상기 병렬로 연결된 복수의 IGBT의 온(ON) 시점과 오프(OFF) 시점을 동기화 하는 제 4 단계;를 포함할 수 있다.

Description

병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치 및 방법 {Automatic Gate Modulation Driven Device and Method for Parallel-Connected IGBT}
본 발명은 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 복수의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)가 병렬로 연결된 경우, 복수의 비교기가 복수의 IGBT 인가되는 게이트 신호와 문턱전압을 비교한 전압값을 출력하고, 복수의 비교기가 출력한 전압값을 이용하여 병렬로 연결된 복수의 IGBT의 온(ON) 시점과 오프(OFF) 시점을 동기화 할 수 있는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치 및 방법에 관한 것이다.
철도차량용 전원장치는 추진제어용 전원장치와 보조전원장치로 구분이 가능한데, 추진제어용 전원장치는 철도차량의 추진 및 회생제동 등의 동작을 위한 전원장치이며, 보조전원장치는 추진제어용 전원을 제외한 공기압축기, 조명기기, 냉·난방장치, 차량 제어전원 등 보조전원에 사용되는 전원장치이다.
각 전원장치는 고전압, 고전류 사양에 특성에 따라 대개 전술한 IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor)를 스위칭 소자로 사용하여 구성되고 있다.
스위칭 소자를 사용하기 위해서는 적절한 스위칭 동작을 구현하기 위한 구동 회로가 필수적인데, 구동 회로를 Gate Driver Unit (GDU)라고 통칭하며, 구동 회로의 설계 및 제작은 전원장치 시스템의 정상 동작에서 주요한 요소라고 할 수 있다.
현재 철도차량용 전원장치에서는 고전압 및 고전류 사양특성으로 인해 큰 스위칭 손실이 발생하므로 스위칭 주파수를 수 백 ∼ 수 천 Hz 부근으로 작게 구동하고 있다.
이때, 일반적으로 전력용 반도체 소자들을 채용한 전력 시스템에서, 정격 파워 및 스위칭 주파수가 높아지면 스위칭용 전력 반도체 소자의 파워 소비도 증가하게 된다.
또한, 스위칭용 전력 반도체 소자의 파워 소비가 증가함에 따라 그 소자의 접합 온도(junction temperature)도 또한 증가하게 되어 소자의 신뢰성을 열악하게 하는 원인이 된다.
따라서 최근에는 두 개의 전력 반도체 소자를 병렬로 연결하고 두 개의 전력 반도체 소자의 게이트 구동 신호를 동기로(synchronously) 인가하거나 또는 일정한 위상차로 인가하는 스위칭 시스템들이 제안되고 있다.
즉, 고전류 사양특성으로 일반적으로 IGBT를 병렬로 연결하여 전원장치를 구성하는 방법이 고려되고 있다.
그러나 이와 같이 병렬로 연결된 IGBT를 적용하는 경우, 동일한 게이트 신호가 병렬로 연결 된 IGBT에 인가되는 경우 동일한 IGBT를 사용하였음에도 불구하고 공정상에서 발생하는 IGBT의 불균형한 기생 커패시턴스 및 게이트 드라이버의 직렬 저항 값 오차로 인해 게이트의 On/Off 시정수가 달라진다.
또한, 병렬로 연결 된 IGBT의 On/Off 시점 및 시간이 달라져 전류 불평형을 초래하여 시스템의 신뢰성을 악화시키는 문제점이 있다.
따라서 이러한 문제점을 해소할 수 있는 장치 및 방법에 대한 요구가 높아지고 있는 실정이다.
대한민국 특허청 등록번호 제10-1076216호 대한민국 특허청 등록번호 제10-1639488호
본 발명은 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치 및 방법을 사용자에게 제공하고자 한다.
구체적으로 본 발명은 복수의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)가 병렬로 연결된 경우, 복수의 비교기가 복수의 IGBT 인가되는 게이트 신호와 문턱전압을 비교한 전압값을 출력하고, 복수의 비교기가 출력한 전압값을 이용하여 병렬로 연결된 복수의 IGBT의 온(ON) 시점과 오프(OFF) 시점을 동기화 할 수 있는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치 및 방법을 사용자에게 제공하고자 한다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상인 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 방법은, 제어부를 통해 게이트 전압이 인가되는 제 1 단계; 상기 인가된 게이트 전압이 복수의 GDU(Gate Drive Unit)를 거쳐 병렬로 연결된 복수의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)로 전달되는 제 2 단계; 상기 복수의 IGBT 각각에 연결된 복수의 비교기가 상기 복수의 IGBT 각각에 전달되는 전달 게이트 전압과 미리 설정된 문턱 전압을 비교하여 High 또는 Low의 비교값을 출력하는 제 3 단계; 및 상기 제어부가 상기 복수의 비교기로부터 전달받은 비교값을 이용하여 상기 병렬로 연결된 복수의 IGBT의 온(ON) 시점과 오프(OFF) 시점을 동기화 하는 제 4 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 4 단계는, 상기 복수의 IGBT 중 기준이 되는 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High가 되는 Edge 시점에, 상기 제어부가 상기 복수의 IGBT 중 상기 제 1 IGBT를 제외한 적어도 하나의 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값을 확인하는 제 4-1 단계; 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High인 경우, 상기 제어부는 상기 제 2 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 2 게이트 전압의 위상이 상기 제 1 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 1 게이트 전압의 위상보다 뒤쳐지도록 하는 제 4-2 단계; 및 상기 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High가 되는 Edge 시점에서 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low로 변화는 시점에, 상기 제어부가 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 뒤쳐지게 하는 동작을 중단하는 제 4-3 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 4-2 단계에서 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 뒤쳐지게 하는 동작은 일정 주기로 시간의 흐름에 따라 순차적으로 수행될 수 있다.
또한, 상기 제 4 단계는, 상기 복수의 IGBT 중 기준이 되는 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High가 되는 Edge 시점에, 상기 제어부가 상기 복수의 IGBT 중 상기 제 1 IGBT를 제외한 적어도 하나의 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값을 확인하는 제 4-1 단계; 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low인 경우, 상기 제어부는 상기 제 2 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 2 게이트 전압의 위상이 상기 제 1 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 1 게이트 전압의 위상보다 앞서도록 하는 제 4-4 단계; 및 상기 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High가 되는 Edge 시점에서 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High로 변화는 시점에, 상기 제어부가 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 앞서게 하는 동작을 중단하는 제 4-5 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 4-4 단계에서 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 앞서게 하는 동작은 일정 주기로 시간의 흐름에 따라 순차적으로 수행될 수 있다.
또한, 상기 제 4 단계는, 상기 복수의 IGBT 중 기준이 되는 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low가 되는 Edge 시점에, 상기 제어부가 상기 복수의 IGBT 중 상기 제 1 IGBT를 제외한 적어도 하나의 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값을 확인하는 제 4-1 단계; 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High인 경우, 상기 제어부는 상기 제 2 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 2 게이트 전압의 위상이 상기 제 1 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 1 게이트 전압의 위상보다 앞서도록 하는 제 4-6 단계; 및 상기 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low가 되는 Edge 시점에서 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low로 변화는 시점에, 상기 제어부가 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 앞서도록 하는 동작을 중단하는 제 4-7 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 4-6 단계에서 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 앞서게 하는 동작은 일정 주기로 시간의 흐름에 따라 순차적으로 수행될 수 있다.
또한, 상기 제 4 단계는, 상기 복수의 IGBT 중 기준이 되는 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low가 되는 Edge 시점에, 상기 제어부가 상기 복수의 IGBT 중 상기 제 1 IGBT를 제외한 적어도 하나의 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값을 확인하는 제 4-1 단계; 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low인 경우, 상기 제어부는 상기 제 2 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 2 게이트 전압의 위상이 상기 제 1 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 1 게이트 전압의 위상보다 뒤쳐지도록 하는 제 4-9 단계; 및 상기 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low가 되는 Edge 시점에서 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High로 변화는 시점에, 상기 제어부가 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 뒤쳐지도록 하는 동작을 중단하는 제 4-10 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 4-9 단계에서 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 뒤쳐지도록 하는 동작은 일정 주기로 시간의 흐름에 따라 순차적으로 수행될 수 있다.
한편, 상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상인 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치는, 게이트 전압이 인가되도록 제어하는 제어부; 상기 인가된 게이트 전압을 복수의 GDU(Gate Drive Unit)를 거쳐 전달받고, 병렬로 연결된 복수의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor); 및 상기 복수의 IGBT 각각에 연결되고, 상기 복수의 IGBT 각각에 전달되는 전달 게이트 전압과 미리 설정된 문턱 전압을 비교하여 High 또는 Low의 비교값을 출력하는 복수의 비교기;를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 복수의 비교기로부터 전달받은 비교값을 이용하여 상기 병렬로 연결된 복수의 IGBT의 온(ON) 시점과 오프(OFF) 시점을 동기화 할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 복수의 IGBT 중 기준이 되는 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High가 되는 Edge 시점에, 상기 복수의 IGBT 중 상기 제 1 IGBT를 제외한 적어도 하나의 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값을 확인하고, 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High인 경우, 상기 제 2 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 2 게이트 전압의 위상이 상기 제 1 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 1 게이트 전압의 위상보다 뒤쳐지도록 하며, 상기 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High가 되는 Edge 시점에, 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low로 변화는 시점에, 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 뒤쳐지게 하는 동작을 중단할 수 있다.
또한, 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 뒤쳐지게 하는 동작은 일정 주기로 시간의 흐름에 따라 순차적으로 수행될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 복수의 IGBT 중 기준이 되는 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High가 되는 Edge 시점에, 상기 복수의 IGBT 중 상기 제 1 IGBT를 제외한 적어도 하나의 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값을 확인하고, 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low인 경우, 상기 제 2 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 2 게이트 전압의 위상이 상기 제 1 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 1 게이트 전압의 위상보다 앞서도록 하며, 상기 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High가 되는 Edge 시점에서 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High로 변화는 시점에, 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 앞서게 하는 동작을 중단할 수 있다.
또한, 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 앞서게 하는 동작은 일정 주기로 시간의 흐름에 따라 순차적으로 수행될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 복수의 IGBT 중 기준이 되는 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low가 되는 Edge 시점에, 상기 복수의 IGBT 중 상기 제 1 IGBT를 제외한 적어도 하나의 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값을 확인하고, 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High인 경우, 상기 제 2 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 2 게이트 전압의 위상이 상기 제 1 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 1 게이트 전압의 위상보다 앞서도록 하며, 상기 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low가 되는 Edge 시점에서 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low로 변화는 시점에, 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 앞서도록 하는 동작을 중단할 수 있다.
또한, 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 앞서게 하는 동작은 일정 주기로 시간의 흐름에 따라 순차적으로 수행될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 복수의 IGBT 중 기준이 되는 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low가 되는 Edge 시점에, 상기 복수의 IGBT 중 상기 제 1 IGBT를 제외한 적어도 하나의 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값을 확인하고, 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low인 경우, 상기 제 2 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 2 게이트 전압의 위상이 상기 제 1 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 1 게이트 전압의 위상보다 뒤쳐지도록 하며, 상기 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low가 되는 Edge 시점에서 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High로 변화는 시점에, 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 뒤쳐지도록 하는 동작을 중단할 수 있다.
또한, 상기 제 4-9 단계에서 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 뒤쳐지도록 하는 동작은 일정 주기로 시간의 흐름에 따라 순차적으로 수행될 수 있다.
본 발명은 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치 및 방법을 사용자에게 제공할 수 있다.
구체적으로 본 발명은 복수의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)가 병렬로 연결된 경우, 복수의 비교기가 복수의 IGBT 인가되는 게이트 신호와 문턱전압을 비교한 전압값을 출력하고, 복수의 비교기가 출력한 전압값을 이용하여 병렬로 연결된 복수의 IGBT의 온(ON) 시점과 오프(OFF) 시점을 동기화 할 수 있는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치 및 방법을 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 IGBT의 기생성분 및 GDU 직렬저항의 오차에 관계없이 On/Off 시점을 동기화함으로써, 시정 수 조정의 번거로움을 제거하고, 전류 평형으로 인한 제품의 신뢰성을 높이며, 노동력 절감을 통한 가격 절감이 가능하다.
또한, 본 발명은 전류에 비해 센싱 받기 쉬운 전압을 통해 구현의 용이성을 높이면서 신뢰성을 증가시킬 수 있다.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 스위칭 회로 시스템의 일 예를 나타내 보인 회로도이다.
도 2는 도 1의 제1 IGBT의 제1 게이트 단자 및 제2 IGBT의 제2 게이트 단자에 인가되는 게이트 구동 신호들을 나타내 보인 파형도이다.
도 3은 종래의 스위칭 회로 시스템의 다른 예를 나타내 보인 회로도이다.
도 4는 도 3의 제1 IGBT의 제1 게이트 단자 및 제2 IGBT의 제2 게이트 단자에 인가되는 게이트 구동 신호들을 나타내 보인 파형도이다.
도 5는 IGBT의 불균형한 기생 커패시턴스 및 게이트 드라이버의 직렬 저항 값 오차로 인해 게이트의 On/Off 시정수가 달라지는 것을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명이 제안하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치의 블록 다이어그램을 도시한 것이다.
도 7은 도 6에서 설명한 구성을 기초로 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 방법을 설명하는 순서도이다.
도 8은 본 발명에 따른 비교기가 복수의 IGBT 인가되는 게이트 신호와 문턱전압을 비교한 전압값을 출력하는 일례를 도시한 것이다.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따라 복수의 비교기가 출력한 전압값을 이용하여 병렬로 연결된 복수의 IGBT의 온(ON) 시점을 동기화 하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 11은 병렬로 연결된 복수의 IGBT의 온(ON) 시점을 동기화 하는 구체적인 과정을 설명하는 도면이다.
도 12는 복수의 IGBT의 온(ON) 시점은 동기화되었으나 오프(OFF) 시점이 동기화되지 못한 일례를 도시한 것이다.
도 13은 및 도 14는 본 발명에 따라 복수의 비교기가 출력한 전압값을 이용하여 병렬로 연결된 복수의 IGBT의 오프(OFF) 시점을 동기화 하는 방법을 설명하는 순서도이다.
도 15는 병렬로 연결된 복수의 IGBT의 오프(OFF) 시점을 동기화 하는 구체적인 과정을 설명하는 도면이다.
일반적으로 전력용 반도체 소자들을 채용한 전력 시스템에서, 정격 파워 및 스위칭 주파수가 높아지면 스위칭용 전력 반도체 소자의 파워 소비도 증가하게 된다.
스위칭용 전력 반도체 소자의 파워 소비가 증가함에 따라 그 소자의 접합 온도(junction temperature)도 또한 증가하게 되어 소자의 신뢰성을 열악하게 하는 원인이 된다.
따라서 최근에는 두 개의 전력 반도체 소자를 병렬로 연결하고 두 개의 전력 반도체 소자의 게이트 구동 신호를 동기로(synchronously) 인가하거나 또는 일정한 위상차로 인가하는 스위칭 시스템들이 제안되고 있다.
도 1은 이와 같은 스위칭 시스템의 일 예를 나타내 보인 회로도이다. 그리고 도 2는 도 1의 제1 IGBT의 제1 게이트 단자 및 제2 IGBT의 제2 게이트 단자에 인가되는 게이트 구동 신호들을 나타내 보인 파형도이다.
먼저 도 1을 참조하면, 제1 IGBT(110) 및 제2 IGBT(120)는 상호 병렬로 연결된다. 그리고 제1 IGBT(110) 및 제2 IGBT(120)의 컬렉터 단자에는 인덕터(L) 및 고속 복구 다이오드(FRD; Fast Recovery Diode)(DFR)가 각각 직렬로 연결된다.
이와 같은 스위칭 시스템에서, 상기 제1 IGBT(110)의 제1 게이트 단자(G1) 및 제2 IGBT(120)의 제2 게이트 단자(G2)에 인가되는 게이트 구동 신호(PWMG1, PWMG2)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 일정한 주기(T)를 갖고 그 폭은 변조된, 즉 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation)된 동일한 펄스들이다.
따라서 제1 IGBT(110)와 제2 IGBT(120)는 동시에 턴 온 되거나 턴 오프된다. 이와 같은 스위칭 회로 시스템은, 그 구성이 간단하여 비용이 저렴하고, 발열 분담으로 인해 높은 전력 회로 시스템에 채용될 수 있다는 이점들을 제공한다.
또한 제1 IGBT(110)와 제2 IGBT(120)는 동일하게 턴 온 되므로 전류가 분지되어 흐르고, 이에 따라 정격 전류가 반으로 줄어들어 전력 손실을 감소시킬 수 있다는 장점도 제공한다.
그러나 동일한 게이트 구동 신호(PWMG1, PWMG2)가 인가되지만 실제로 제1 IGBT(110)와 제2 IGBT(120)는 제조 과정 등의 원인으로 인해 동일한 특성을 갖지 못하는 경우가 대부분이며, 이에 따라 제1 IGBT(110)와 제2 IGBT(120)에 분지되어 흐르는 전류가 동일하지 않게 되며, 심할 경우 열적 불균형(thermal unbalance)에 의해 소자가 파괴되는 문제가 발생할 수 있다.
도 3은 종래의 스위칭 회로 시스템의 다른 예를 나타내 보인 회로도이다. 그리고 도 4는 도 3의 제1 IGBT의 제1 게이트 단자 및 제2 IGBT의 제2 게이트 단자에 인가되는 게이트 구동 신호들을 나타내 보인 파형도이다.
먼저 도 3을 참조하면, 제1 IGBT(210)와 제2 IGBT(220)가 별도의 라인으로 배치된다. 각 라인에는 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2)가 각각 연결되고, 마찬가지로 제1 FRD(DFR1) 및 제2 FRD(DFR2)가 각각 연결된다. 도면에 나타내지는 않았지만, 제1 인덕터(L1) 및 제2 인덕터(L2)는 정류 회로를 통해 교류 전원과 연결되고, 제1 FRD(DFR1) 및 제2 FRD(DFR2)는 부하단으로 연결된다. 경우에 따라서 정류 회로가 생략되고 직접 직류 전원에 연결될 수도 있다.
이와 같은 스위칭 시스템에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 IGBT(210)의 제1 게이트 단자(G1) 및 제2 IGBT(220)의 제2 게이트 단자(G2)에는 모두 일정한 주기(T)를 갖지만 상호 반주기(T/2)의 위상차를 가지며, 그 폭은 변조된, 즉 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation)된 펄스들이 각각 게이트 구동 신호(PWMG1, PWMG2)로서 인가된다. 이와 같은 회로 시스템에 있어서, 전체 열 저항 또한 감소되는 효과를 제공하여, 발열을 분담시키므로 높은 전력 시스템에 채용될 수 있다. 그러나 추가되는 인덕터와 같은 여분의 수동 소자와, 추가되는 FRD와 같은 여분의 능동 소자가 더 요구되므로 전체적인 회로 시스템이 복잡해진다는 단점이 있다.
또한 제1 IGBT(210)와 제2 IGBT(220)의 특성이 동일하지 않고, 제1 인덕터(L1)와 제2 인덕터(L2)도 동일하지 않으므로 병렬로 연결된 2개의 셀에 분지되어 흐르는 전류를 동일하게 흐르게 하기 위해서는 전류 제어(current sharing)을 위한 부가적인 회로가 요구된다는 문제가 있다.
따라서 최근에는 두 개의 전력 반도체 소자를 병렬로 연결하고 두 개의 전력 반도체 소자의 게이트 구동 신호를 동기로(synchronously) 인가하거나 또는 일정한 위상차로 인가하는 스위칭 시스템들이 제안되고, 고전류 사양특성으로 일반적으로 IGBT를 병렬로 연결하여 전원장치를 구성하는 방법이 고려되고 있으나 이와 같이 병렬로 연결된 IGBT를 적용하는 경우, 동일한 게이트 신호가 병렬로 연결 된 IGBT에 인가되는 경우 동일한 IGBT를 사용하였음에도 불구하고 공정상에서 발생하는 IGBT의 불균형한 기생 커패시턴스 및 게이트 드라이버의 직렬 저항 값 오차로 인해 게이트의 On/Off 시정수가 달라진다는 문제점이 있다.
또한, 병렬로 연결 된 IGBT의 On/Off 시점 및 시간이 달라져 전류 불평형을 초래하여 시스템의 신뢰성을 악화시키는 문제점이 있다.
도 5는 IGBT의 불균형한 기생 커패시턴스 및 게이트 드라이버의 직렬 저항 값 오차로 인해 게이트의 On/Off 시정수가 달라지는 것을 설명하는 도면이다.
동일한 게이트 신호가 병렬로 연결 된 IGBT에 인가되는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 동일한 IGBT를 사용하였음에도 불구하고 공정상에서 발생하는 IGBT의 불균형한 기생 커패시턴스(CGE, CGC) 및 게이트 드라이버의 직렬 저항 값 오차로 인해 게이트의 On/Off 시정수가 달라진다.
따라서 병렬로 연결 된 IGBT의 On/Off 시점 및 시간이 달라져 전류 불평형을 초래하여 시스템의 신뢰성을 악화시킨다.
따라서 본 발명은 상기 문제점을 해소하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치 및 방법을 사용자에게 제공하고자 한다.
구체적으로 본 발명은 복수의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)가 병렬로 연결된 경우, 복수의 비교기가 복수의 IGBT 인가되는 게이트 신호와 문턱전압을 비교한 전압값을 출력하고, 복수의 비교기가 출력한 전압값을 이용하여 병렬로 연결된 복수의 IGBT의 온(ON) 시점과 오프(OFF) 시점을 동기화 할 수 있는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치 및 방법을 사용자에게 제공하고자 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명이 제안하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치에 대해 구체적으로 설명한다.
도 6은 본 발명이 제안하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치의 블록 다이어그램을 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명이 제안하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치(100)는 MCU(Micro Controller Unit, 10), 복수의 GDU(Gate Drive Unit, 22, 32), 복수의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor, 21, 31) 및 복수의 IGBT 각각에 전달되는 전달 게이트 전압과 미리 설정된 문턱 전압을 비교하여 High 또는 Low의 비교값을 출력하는 비교기(23, 32) 등을 포함할 수 있다.
여기서 MCU(제어부, 10)를 통해, 게이트 전압이 전원부를 통해 인가된다.
또한, 상기 인가된 게이트 전압은 복수의 GDU(22, 23)를 거쳐 병렬로 연결된 복수의 IGBT(21, 31)로 전달된다.
또한, 상기 복수의 IGBT(21, 31) 각각에 연결된 복수의 비교기(23, 33)는 상기 복수의 IGBT(21, 31) 각각에 전달되는 전달 게이트 전압과 미리 설정된 문턱 전압을 비교하여 High 또는 Low의 비교값을 출력하게 된다.
본 명세서에서 제안 되는 발명은 도 6에 도시된 바와 같이 MCU(제어부, 10)를 통해 인가되는 Master 및 Slave 2개의 게이트 신호와 각 게이트 신호를 구동하는 게이트 드라이버(22, 32) 2개로 구성될 수 있다.
여기서 복수의 IGBT(21, 31)가 On/Off 됨은 Master 및 Slave 2개의 게이트 신호를 선정 된 IGBT 고유의 문턱전압과 비교를 통해 판별가능하다.
Master 게이트 신호와 문턱전압지령과의 비교기 출력(VM)은 Slave 게이트 신호와 문턱전압지령과의 비교기 출력(VS)이 추종해야하는 지령이 된다.
즉, MCU(제어부, 10)의 제어를 통해, 복수의 비교기(23, 33)로부터 전달받은 비교값을 이용하여 병렬로 연결된 복수의 IGBT(21, 31)의 온(ON) 시점과 오프(OFF) 시점을 동기화 할 수 있다.
도 7은 도 6에서 설명한 구성을 기초로 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 방법을 설명하는 순서도이다.
도 7을 참조하면, 가장 먼저, 복수의 IGBT(21, 31)가 병렬로 연결되는 단계(S10)가 진행된다.
이후, MCU(10)를 통해 동일한 게이트 신호가 인가될 수 있다(S20).
또한, 인가된 게이트 신호는 바로 복수의 IGBT(21, 31)로 인가되는 것이 아니라 GDU(22, 32)를 거쳐 각 IGBT(21, 31)에 전달된다(S30).
이후, 복수의 비교기(23, 33)가 복수의 IGBT(21, 31)에 인가되는 게이트 신호와 문턱전압을 비교한 전압값을 출력하게 된다(S40).
여기서 비교기(23, 33)이 출력하는 비교값은 High 또는 Low 값이 될 수 있다.
이후, 복수의 비교기(23, 33)가 출력한 전압값을 이용하여 병렬로 연결된 복수의 IGBT(21, 31)의 온(ON) 시점을 동기화 할 수 있고(S50), 복수의 비교기(23, 33)가 출력한 전압값을 이용하여 병렬로 연결된 복수의 IGBT(21, 31)의 오프(OFF) 시점을 동기할 수 있다(S60).
도 8은 본 발명에 따른 비교기가 복수의 IGBT 인가되는 게이트 신호와 문턱전압을 비교한 전압값을 출력하는 일례를 도시한 것이다.
어떠한 경우에도 Master 게이트 신호와 문턱전압과의 비교기 출력(VM)이 High가 되는 시점에는 도 8에 도시된 바와 같이 Slave 게이트 신호와 문턱전압지령과의 비교기 출력(VS)은 High 또는 Low가 된다.
여기서 VM이 High가 되는 Edge 시점에 VS를 센싱하여 High로 읽히면 Slave 게이트 신호가 앞서있음을 의미하고, Low로 읽히면 Slave 게이트 신호가 뒤져있음을 의미한다.
도 9및 도 10을 참조하여 병렬로 연결된 복수의 IGBT의 온(ON) 시점을 동기화 하는 방법을 설명한다.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따라 복수의 비교기가 출력한 전압값을 이용하여 병렬로 연결된 복수의 IGBT의 온(ON) 시점을 동기화 하는 방법을 설명하는 순서도이다.
즉, 본 발명에서는 Slave 게이트 신호의 앞섬 및 뒤짐을 판별하여 앞서 있는 경우에는 MCU(10)에서의 Slave 게이트 신호를 Master 게이트 신호에 비해 동일한 시비율을 가지고 조금씩 위상을 뒤지게 함으로써 VM이 High가 되는 Edge 시점에서 VS가 High에서 Low로 변화하는 시점을 판단하여 위상을 뒤지게 하는 동작을 멈춘다.
도 9를 참조하면, VM이 High가 되는 Edge 시점에 VS를 센싱하는 단계(S51), VS가 High인 경우, MCU에서의 Slave 게이트 신호를 Master 게이트 신호에 비해 동일한 시비율을 가지고 조금씩 위상을 뒤지게 하는 단계(S52) 및 VM이 High가 되는 Edge 시점에서 VS가 High에서 Low로 변화하는 시점을 판단하여 위상을 뒤지게 하는 동작을 중단하는 단계(S53)로 상기 과정은 수행될 수 있다.
또한, 뒤져 있는 경우에는 MCU에서의 Slave 게이트 신호를 Master 게이트 신호에 비해 동일한 시비율을 가지고 조금씩 위상을 앞서게 함으로써 VM이 High가 되는 Edge 시점에서 VS가 Low에서 High로 변화하는 시점을 판단하여 위상을 앞서게 하는 동작을 멈춘다.
도 10을 참조하면, VM이 High가 되는 Edge 시점에 VS를 센싱하는 단계(S51), VS가 Low인 경우, MCU에서의 Slave 게이트 신호를 Master 게이트 신호에 비해 동일한 시비율을 가지고 조금씩 위상을 앞서게 하는 단계(S54) 및 VM이 High가 되는 Edge 시점에서 VS가 Low에서 High로 변화하는 시점을 판단하여 위상을 앞서게 하는 동작을 중단하는 단계(S55)로 상기 과정은 수행될 수 있다.
도 11은 병렬로 연결된 복수의 IGBT의 온(ON) 시점을 동기화 하는 구체적인 과정을 설명하는 도면이다.
이러한 과정을 통해 병렬로 연결 된 IGBT의 On 시점을 동기화할 수 있다.
또한, 도 12는 복수의 IGBT의 온(ON) 시점은 동기화되었으나 오프(OFF) 시점이 동기화되지 못한 일례를 도시한 것이다.
도 12와 같이, IGBT(21, 31)의 On 시점이 동기화 되면 Off 시점을 동기화 할 필요가 있다.
따라서 VM이 Low가 되는 Edge 시점에 어떠한 경우에도 VS는 High 또는 Low가 된다. VM이 Low가 되는 Edge 시점에 VS를 센싱하여 High로 읽히면 Slave 게이트 신호에 해당하는 IGBT의 On 시간이 더 큼을 의미하고, Low로 읽히면 Slave 게이트 신호에 해당하는 IGBT의 On 시간이 더 짧음을 의미함을 이용할 수 있다.
즉, Slave 게이트 신호에 해당하는 IGBT의 On 시간의 큼 및 짧음을 판별하여 On 시간이 더 큰 경우에는 MCU에서의 Slave 게이트 신호를 앞서 지정된 위상을 가지고 조금씩 시비율을 줄임으로써 VM이 Low가 되는 Edge 시점에서 VS가 High에서 Low로 변화하는 시점을 판 단하여 시비율을 줄이는 동작을 멈춘다.
도 13을 참조하면, VM이 Low가 되는 Edge 시점에 VS를 센싱하는 단계(S61), VS가 High인 경우, MCU에서의 Slave 게이트 신호를 지정된 위상을 가지고 조금씩 시비율을 줄이는 단계(S62) 및 VM이 Low가 되는 Edge 시점에서 VS가 High에서 Low로 변화하는 시점을 판단하여 시비율을 줄이는 동작을 중단하는 단계(S63)로 상기 과정을 수행될 수 있다.
한편, On 시간이 더 짧은 경우에는 MCU에서의 Slave 게이트 신호를 앞서 지정된 위상을 가지고 조금씩 시비율을 늘림으로써 VM이 Low가 되는 Edge 시점에서 VS가 Low에서 High로 변화하는 시점을 판단하여 시비율을 늘리는 동작을 멈춘다.
도 14를 참조하면, VM이 Low가 되는 Edge 시점에 VS를 센싱하는 단계(S61), VS가 Low인 경우, MCU에서의 Slave 게이트 신호를 지정된 위상을 가지고 조금씩 시비율을 늘리는 단계(S64) 및 VM이 Low가 되는 Edge 시점에서 VS가 Low에서 High로 변화하는 시점을 판단하여 시비율을 늘리는 동작을 중단하는 단계(S65)를 통해 상기 과정을 수행될 수 있다.
또한, 도 15는 병렬로 연결된 복수의 IGBT의 오프(OFF) 시점을 동기화 하는 구체적인 과정을 설명하는 도면이다.
이러한 과정을 통해 병렬로 연결 된 IGBT의 Off 시점을 동기화할 수 있다.
전술한 것과 같이, 본 발명은 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치 및 방법을 사용자에게 제공할 수 있다.
구체적으로 본 발명은 복수의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)가 병렬로 연결된 경우, 복수의 비교기가 복수의 IGBT 인가되는 게이트 신호와 문턱전압을 비교한 전압값을 출력하고, 복수의 비교기가 출력한 전압값을 이용하여 병렬로 연결된 복수의 IGBT의 온(ON) 시점과 오프(OFF) 시점을 동기화 할 수 있는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치 및 방법을 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 IGBT의 기생성분 및 GDU 직렬저항의 오차에 관계없이 On/Off 시점을 동기화함으로써, 시정 수 조정의 번거로움을 제거하고, 전류 평형으로 인한 제품의 신뢰성을 높이며, 노동력 절감을 통한 가격 절감이 가능하다.
또한, 본 발명은 전류에 비해 센싱 받기 쉬운 전압을 통해 구현의 용이성을 높이면서 신뢰성을 증가시킬 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.
하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

Claims (18)

  1. 제어부를 통해 게이트 전압이 인가되는 제 1 단계;
    상기 인가된 게이트 전압이 복수의 GDU(Gate Drive Unit)를 거쳐 병렬로 연결된 복수의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)로 전달되는 제 2 단계;
    상기 복수의 IGBT 각각에 연결된 복수의 비교기가 상기 복수의 IGBT 각각에 전달되는 전달 게이트 전압과 미리 설정된 문턱 전압을 비교하여 High 또는 Low의 비교값을 출력하는 제 3 단계; 및
    상기 제어부가 상기 복수의 비교기로부터 전달받은 비교값을 이용하여 상기 병렬로 연결된 복수의 IGBT의 온(ON) 시점과 오프(OFF) 시점을 동기화 하는 제 4 단계;를 포함하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 4 단계는,
    상기 복수의 IGBT 중 기준이 되는 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High가 되는 Edge 시점에, 상기 제어부가 상기 복수의 IGBT 중 상기 제 1 IGBT를 제외한 적어도 하나의 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값을 확인하는 제 4-1 단계;
    상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High인 경우, 상기 제어부는 상기 제 2 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 2 게이트 전압의 위상이 상기 제 1 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 1 게이트 전압의 위상보다 뒤쳐지도록 하는 제 4-2 단계; 및
    상기 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High가 되는 Edge 시점에서 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low로 변화는 시점에, 상기 제어부가 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 뒤쳐지게 하는 동작을 중단하는 제 4-3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 4-2 단계에서 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 뒤쳐지게 하는 동작은 일정 주기로 시간의 흐름에 따라 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 4 단계는,
    상기 복수의 IGBT 중 기준이 되는 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High가 되는 Edge 시점에, 상기 제어부가 상기 복수의 IGBT 중 상기 제 1 IGBT를 제외한 적어도 하나의 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값을 확인하는 제 4-1 단계;
    상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low인 경우, 상기 제어부는 상기 제 2 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 2 게이트 전압의 위상이 상기 제 1 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 1 게이트 전압의 위상보다 앞서도록 하는 제 4-4 단계; 및
    상기 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High가 되는 Edge 시점에서 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High로 변화는 시점에, 상기 제어부가 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 앞서게 하는 동작을 중단하는 제 4-5 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 4-4 단계에서 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 앞서게 하는 동작은 일정 주기로 시간의 흐름에 따라 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 4 단계는,
    상기 복수의 IGBT 중 기준이 되는 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low가 되는 Edge 시점에, 상기 제어부가 상기 복수의 IGBT 중 상기 제 1 IGBT를 제외한 적어도 하나의 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값을 확인하는 제 4-1 단계;
    상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High인 경우, 상기 제어부는 상기 제 2 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 2 게이트 전압의 위상이 상기 제 1 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 1 게이트 전압의 위상보다 앞서도록 하는 제 4-6 단계; 및
    상기 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low가 되는 Edge 시점에서 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low로 변화는 시점에, 상기 제어부가 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 앞서도록 하는 동작을 중단하는 제 4-7 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 4-6 단계에서 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 앞서게 하는 동작은 일정 주기로 시간의 흐름에 따라 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 4 단계는,
    상기 복수의 IGBT 중 기준이 되는 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low가 되는 Edge 시점에, 상기 제어부가 상기 복수의 IGBT 중 상기 제 1 IGBT를 제외한 적어도 하나의 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값을 확인하는 제 4-1 단계;
    상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low인 경우, 상기 제어부는 상기 제 2 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 2 게이트 전압의 위상이 상기 제 1 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 1 게이트 전압의 위상보다 뒤쳐지도록 하는 제 4-9 단계; 및
    상기 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low가 되는 Edge 시점에서 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High로 변화는 시점에, 상기 제어부가 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 뒤쳐지도록 하는 동작을 중단하는 제 4-10 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 4-9 단계에서 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 뒤쳐지도록 하는 동작은 일정 주기로 시간의 흐름에 따라 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 방법.
  10. 게이트 전압이 인가되도록 제어하는 제어부;
    상기 인가된 게이트 전압을 복수의 GDU(Gate Drive Unit)를 거쳐 전달받고, 병렬로 연결된 복수의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor);및
    상기 복수의 IGBT 각각에 연결되고, 상기 복수의 IGBT 각각에 전달되는 전달 게이트 전압과 미리 설정된 문턱 전압을 비교하여 High 또는 Low의 비교값을 출력하는 복수의 비교기;를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 비교기로부터 전달받은 비교값을 이용하여 상기 병렬로 연결된 복수의 IGBT의 온(ON) 시점과 오프(OFF) 시점을 동기화 하는 것을 특징으로 하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 IGBT 중 기준이 되는 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High가 되는 Edge 시점에, 상기 복수의 IGBT 중 상기 제 1 IGBT를 제외한 적어도 하나의 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값을 확인하고,
    상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High인 경우, 상기 제 2 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 2 게이트 전압의 위상이 상기 제 1 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 1 게이트 전압의 위상보다 뒤쳐지도록 하며,
    상기 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High가 되는 Edge 시점에, 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low로 변화는 시점에, 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 뒤쳐지게 하는 동작을 중단하는 것을 특징으로 하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 2 게이트 전압의 위상을 뒤쳐지게 하는 동작은 일정 주기로 시간의 흐름에 따라 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 IGBT 중 기준이 되는 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High가 되는 Edge 시점에, 상기 복수의 IGBT 중 상기 제 1 IGBT를 제외한 적어도 하나의 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값을 확인하고,
    상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low인 경우, 상기 제 2 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 2 게이트 전압의 위상이 상기 제 1 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 1 게이트 전압의 위상보다 앞서도록 하며,
    상기 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High가 되는 Edge 시점에서 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High로 변화는 시점에, 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 앞서게 하는 동작을 중단하는 것을 특징으로 하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제 2 게이트 전압의 위상을 앞서게 하는 동작은 일정 주기로 시간의 흐름에 따라 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 IGBT 중 기준이 되는 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low가 되는 Edge 시점에, 상기 복수의 IGBT 중 상기 제 1 IGBT를 제외한 적어도 하나의 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값을 확인하고,
    상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High인 경우, 상기 제 2 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 2 게이트 전압의 위상이 상기 제 1 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 1 게이트 전압의 위상보다 앞서도록 하며,
    상기 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low가 되는 Edge 시점에서 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low로 변화는 시점에, 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 앞서도록 하는 동작을 중단하는 것을 특징으로 하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제 2 게이트 전압의 위상을 앞서게 하는 동작은 일정 주기로 시간의 흐름에 따라 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치.
  17. 제 10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 IGBT 중 기준이 되는 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low가 되는 Edge 시점에, 상기 복수의 IGBT 중 상기 제 1 IGBT를 제외한 적어도 하나의 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값을 확인하고,
    상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low인 경우, 상기 제 2 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 2 게이트 전압의 위상이 상기 제 1 IGBT와 연결된 GDU에 입력되는 제 1 게이트 전압의 위상보다 뒤쳐지도록 하며,
    상기 제 1 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 Low가 되는 Edge 시점에서 상기 제 2 IGBT와 연결된 비교기의 출력값이 High로 변화는 시점에, 상기 제 2 게이트 전압의 위상을 뒤쳐지도록 하는 동작을 중단하는 것을 특징으로 하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제 2 게이트 전압의 위상을 뒤쳐지도록 하는 동작은, 일정 주기로 시간의 흐름에 따라 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 병렬 IGBT 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치.
KR1020170129683A 2017-10-11 2017-10-11 병렬 igbt 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치 및 방법 KR101886005B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170129683A KR101886005B1 (ko) 2017-10-11 2017-10-11 병렬 igbt 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170129683A KR101886005B1 (ko) 2017-10-11 2017-10-11 병렬 igbt 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101886005B1 true KR101886005B1 (ko) 2018-08-07

Family

ID=63252025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170129683A KR101886005B1 (ko) 2017-10-11 2017-10-11 병렬 igbt 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101886005B1 (ko)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100433799B1 (ko) * 1998-12-03 2004-06-04 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 전압구동형 스위칭 소자의 게이트 구동회로
KR20060028642A (ko) * 2003-06-21 2006-03-30 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 스위칭 회로 및 스위칭 회로 동작 방법
KR101076216B1 (ko) 2011-09-07 2011-10-26 (주)스페이스원 Ｉｇｂｔ 회로를 이용한 정밀 가공 제어 장치 및 그 제어 방법
KR20160030551A (ko) * 2013-07-04 2016-03-18 마쉬넨파브릭 레인하우센 게엠베하 병렬 전력 스위치들의 동기화
KR101639488B1 (ko) 2014-12-10 2016-07-13 현대모비스 주식회사 암 쇼트 방지를 위한 게이트 구동 회로 및 방법
KR20170039747A (ko) * 2014-08-08 2017-04-11 마쉬넨파브릭 레인하우센 게엠베하 직렬 연결된 전력 스위치들에서의 전압 밸런싱 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100433799B1 (ko) * 1998-12-03 2004-06-04 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 전압구동형 스위칭 소자의 게이트 구동회로
KR20060028642A (ko) * 2003-06-21 2006-03-30 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 스위칭 회로 및 스위칭 회로 동작 방법
KR101076216B1 (ko) 2011-09-07 2011-10-26 (주)스페이스원 Ｉｇｂｔ 회로를 이용한 정밀 가공 제어 장치 및 그 제어 방법
KR20160030551A (ko) * 2013-07-04 2016-03-18 마쉬넨파브릭 레인하우센 게엠베하 병렬 전력 스위치들의 동기화
KR20170039747A (ko) * 2014-08-08 2017-04-11 마쉬넨파브릭 레인하우센 게엠베하 직렬 연결된 전력 스위치들에서의 전압 밸런싱 방법
KR101639488B1 (ko) 2014-12-10 2016-07-13 현대모비스 주식회사 암 쇼트 방지를 위한 게이트 구동 회로 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6438018B2 (ja) 並列電力スイッチの同期
CN107241012B (zh) 跨电隔离屏障的驱动信号复制
US6384552B2 (en) Control apparatus for electric vehicle
WO2018034137A1 (ja) トランジスタ駆動回路及びモータ駆動制御装置
JP5178799B2 (ja) モータ制御装置
US20090027021A1 (en) Dead-time transition adjustments for synchronous power converters
CN108141127B (zh) 功率半导体元件的驱动电路、电力变换组件以及电力变换装置
US9729139B2 (en) Cooperative control method for power semiconductor elements connected in parallel, current balance control device, and power module
KR101596340B1 (ko) 병렬 운전 전원 장치
KR101491937B1 (ko) 병렬연결 인버터 제어방법
TWI688185B (zh) 用於在電壓限制電路的電力供應信號之間多工的系統、方法及設備
KR20150011064A (ko) 멀티레벨 인버터
US9209864B2 (en) Closed-circuit power line communication system for large capacity load
US20050237040A1 (en) Switch controller for a power control system and method therefor
US9419604B2 (en) Driving system for switching element
KR101886005B1 (ko) 병렬 igbt 구동을 위한 자동 게이트 변조 구동 장치 및 방법
JP2017055259A (ja) 駆動回路制御装置
CN103580553A (zh) 运动与控制系统
JP2001025259A (ja) Ｐｗｍインバーター装置
US20170170817A1 (en) Driver circuit
KR102620602B1 (ko) 모터 제어 장치, 모터 제어 시스템 및 모터 제어 방법
JP2002524010A (ja) 電圧−チャージ制御電力半導体デバイスを制御する装置
CN105305790A (zh) 自举电路控制方法和控制系统
JP4494911B2 (ja) 電力変換装置
US9209685B2 (en) Variable resistance device for reduced power dissipation in dimmer compatibility circuits

Legal Events

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