KR101994301B1 - 양방향 반도체 스위치 - Google Patents

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KR101994301B1
KR101994301B1 KR1020180005760A KR20180005760A KR101994301B1 KR 101994301 B1 KR101994301 B1 KR 101994301B1 KR 1020180005760 A KR1020180005760 A KR 1020180005760A KR 20180005760 A KR20180005760 A KR 20180005760A KR 101994301 B1 KR101994301 B1 KR 101994301B1
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김효성
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공주대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은, 제1 입출력단에 연결되는 제1 스위치와, 제2 입출력단에 연결되는 제2 스위치와, 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 사이에 연결되는 리액터와, 리액터 및 제1 스위치 사이의 제1 노드에 연결되는 제1 환류 다이오드와, 리액터 및 제2 스위치 사이의 제2 노드에 연결되는 제2 환류 다이오드와, 제1 입출력단에서 제2 입출력단으로 전력을 공급하거나 제2 입출력단에서 제1 입출력단으로 전력을 공급하기 위한 제1 제어 신호를 출력하는 방향 제어부와, 제1 스위치 및 제2 스위치의 온오프 듀티비를 제어하기 위한 제2 제어 신호를 출력하는 듀티비 제어부와, 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 입력 받아 이를 기초로 제1 스위치 및 제2 스위치를 각각 온 또는 오프시키는 스위치 구동부를 포함하는 양방향 반도체 스위치를 제공한다.

Description

양방향 반도체 스위치{Bidirectional Semiconductor Switch}
본 발명은 양방향 반도체 스위치에 관한 것으로 특히, 사고 전류 제한 기능을 갖는 양방향 반도체 스위치에 관한 것이다.
화석 연료 고갈에 따른 에너지 고효율화 및 신재생 에너지 증가에 따른 직류 발전 연계로 인하여 직류 배전 방식이 전력 계통의 중요 이슈 중의 하나로 떠오르고 있다.
이러한 직류 배전 방식은 여러 가지 장점이 있으나, 매 반주기마다 전류가 영이 되는 교류 배전 방식과 달리 연속적인 전류가 흐르므로 부하 단락 등의 사고 시 고장 전류의 차단이 용이하지 않다.
이와 같은 고장전류를 적기에 차단시키지 못하는 경우, 과전류 및 과열로 인한 설비의 손상, 인체의 위험뿐만 아니라, 전기 화재로 인한 2차적인 손해를 야기할 수 있다.
이러한 문제는 직류 배전의 보급을 저해하여 온 주요한 요인 중의 하나이기도 하다.
본 발명은 부하 측에 단락 사고나 돌입 전류 등의 과대한 전류가 흐르려고 하는 경우, 스위치의 온오프 듀티비를 낮추어줌으로써, 리액터에 흐르는 전류가 기준 전류를 초과하지 않도록 실시간으로 제어할 수 있는 양방향 반도체 스위치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 제1 입출력단에 연결되는 제1 스위치와, 제2 입출력단에 연결되는 제2 스위치와, 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 사이에 연결되는 리액터와, 리액터 및 제1 스위치 사이의 제1 노드에 연결되는 제1 환류 다이오드와, 리액터 및 제2 스위치 사이의 제2 노드에 연결되는 제2 환류 다이오드와, 제1 입출력단에서 제2 입출력단으로 전력을 공급하거나 제2 입출력단에서 제1 입출력단으로 전력을 공급하기 위한 제1 제어 신호를 출력하는 방향 제어부와, 제1 스위치 및 제2 스위치의 온오프 듀티비를 제어하기 위한 제2 제어 신호를 출력하는 듀티비 제어부와, 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 입력 받아 이를 기초로 제1 스위치 및 제2 스위치를 각각 온 또는 오프시키는 스위치 구동부를 포함하는 양방향 반도체 스위치를 제공한다.
또한, 제2 제어 신호를 절연하여 스위치 구동부에 출력하는 포토 커플러를 더 포함할 수 있다.
또한, 듀티비 제어부는 리액터에 흐르는 전류의 절대값을 산출하는 절대값 산출부를 포함할 수 있다.
또한, 듀티비 제어부는 리액터에 흐르는 전류와 기준 전류의 차이값을 증폭하여 출력하는 차동 증폭기와, 차이값을 삼각파와 비교하여 제2 제어 신호를 출력하는 비교기를 포함할 수 있다.
또한, 듀티비 제어부는 리액터에 흐르는 전류가 기준 전류 보다 크면 제1 스위치 및 제2 스위치의 온오프 듀티비를 낮추고, 리액터에 흐르는 전류가 기준 전류 보다 작으면 제1 스위치 및 제2 스위치의 온오프 듀티비를 높일 수 있다.
또한, 스위치 구동부는 제1 스위치를 온 또는 오프시키는 제1 스위치 구동부와, 제2 스위치를 온 또는 오프시키는 제2 스위치 구동부를 포함할 수 있다.
또한, 방향 제어부는 제1 스위치 구동부 및 제2 스위치 구동부에 서로 다른 레벨의 제1 제어 신호를 각각 출력할 수 있다.
또한, 듀티비 제어부는 제1 스위치 구동부 및 제2 스위치 구동부에 동일한 레벨의 제2 제어 신호를 각각 출력할 수 있다.
또한, 방향 제어부는 제1 입출력단에서 제2 입출력단으로 전력을 공급하는 경우 제1 스위치 구동부에 하이 레벨의 제1 제어 신호를 출력하고 제2 스위치 구동부에 로우 레벨의 제1 제어 신호를 출력하고, 제2 입출력단에서 제1 입출력단으로 전력을 공급하는 경우 제1 스위치 구동부에 로우 레벨의 제1 제어 신호를 출력하고 제2 스위치 구동부에 하이 레벨의 제1 제어 신호를 출력할 수 있다.
또한, 듀티비 제어부는 리액터에 흐르는 전류가 기준 전류 보다 크면 로우 레벨의 제2 제어 신호를 출력하고, 리액터에 흐르는 전류가 기준 전류 보다 작으면 하이 레벨의 제2 제어 신호를 출력할 수 있다.
또한, 스위치 구동부는 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호가 각각 하이 레벨이면 제1 스위치 및 제2 스위치를 온시킬 수 있다.
또한, 스위치 구동부는 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호 중 적어도 하나가 로우 레벨이면 제1 스위치 및 제2 스위치를 오프시킬 수 있다.
또한, 제1 환류 다이오드 및 제2 환류 다이오드는 리액터에 발생된 역기전력을 이용하여 전류의 연속성을 유지할 수 있다.
또한, 제1 스위치와 역병렬 연결되는 제1 다이오드와, 제2 스위치와 역병렬 연결되는 제2 다이오드를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 부하 측에 단락 사고나 돌입 전류 등의 과대한 전류가 흐르려고 하는 경우, 스위치의 온오프 듀티비를 낮추어줌으로써, 리액터에 흐르는 전류가 기준 전류를 초과하지 않도록 실시간으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양방향 반도체 스위치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 양방향 반도체 스위치의 듀티비 제어부의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 양방향 반도체 스위치의 포토 커플러의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 양방향 반도체 스위치의 스위치 구동부의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 양방향 반도체 스위치가 제1 입출력단에서 제2 입출력단으로 전력을 공급하는 경우의 동작으로 설명하기 위한 등가 회로도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 양방향 반도체 스위치가 제2 입출력단에서 제1 입출력단으로 전력을 공급하는 경우의 동작으로 설명하기 위한 등가 회로도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양방향 반도체 스위치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 양방향 반도체 스위치는, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 리액터(Lf), 제1 환류 다이오드(Dw1), 제2 환류 다이오드(Dw2), 방향 제어부(200), 듀티비 제어부(300) 및 스위치 구동부(110, 120)를 포함할 수 있다.
제1 스위치(SW1)는 제1 입출력단(IO1)에 연결되고, 제2 스위치(SW2)는 제2 입출력단(IO2)에 연결된다. 그리고, 리액터(Lf)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2) 사이에 연결된다.
여기서, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는, 실리콘 기반 전계 효과 트랜지스터 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor: MOSFET), 절연게이트 양극성 트랜지스터 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:IGBT), 바이폴라 트랜지스터, 파워 트랜지스터 PWTR(Power Transistor) 중 어느 하나일 수 있다.
그리고, 리액터(Lf)는, 직류용 리액터로서, 제1 입출력단(IO1) 또는 제2 입출력단(IO2)에서 출력되는 직류 전압의 맥류를 평활화하는 평활 필터 기능을 수행한다.
제1 환류 다이오드(Dw1)는 리액터(Lf) 및 제1 스위치(SW1) 사이의 제1 노드(N1)에 연결되고, 제2 환류 다이오드(Dw2)는 리액터(Lf) 및 제2 스위치(SW2) 사이의 제2 노드(N2)에 연결된다.
여기서, 제1 환류 다이오드(Dw1) 및 제2 환류 다이오드(Dw2)는, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)의 온오프 동작에 의해 리액터(Lf)에 역기전력이 발생하면 이를 이용하여 전류의 연속성을 유지한다.
본 발명의 실시예에 따른 양방향 반도체 스위치는, 제1 스위치(SW1)와 역병렬 연결되는 제1 다이오드(D1)와, 제2 스위치(SW2)와 역병렬 연결되는 제2 다이오드(D2)를 더 포함할 수 있다.
방향 제어부(200)는, 제1 입출력단(IO1)에서 제2 입출력단(IO2)으로 전력을 공급하거나 제2 입출력단(IO2)에서 제1 입출력단(IO1)으로 전력을 공급하기 위한 제1 제어 신호(CON1)를 출력한다.
한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 제1 입출력단(IO1)에는 전력 공급원이 연결되고 제2 입출력단(IO2)에는 신재생 에너지원 및 전력 소비원이 병렬로 연결될 수 있다. 이 경우, 전력 소비원은 전력 공급원 및 신재생 에너지원 중 적어도 하나로부터 전력을 공급받아 사용하며, 신재생 에너지원은 전력 소비원이 사용하고 남은 잉여 전력을 전력 공급원으로 공급할 수 있다.
여기서, 신재생 에너지원은 태양열, 풍력, 수력 및 지력 등을 이용하는 적어도 하나의 신재생 에너지 발전 설비를 포함할 수 있다.
이와 같이, 방향 제어부(200)는, 전력 공급원에서 전력 소비원으로 전력을 공급하거나, 이와 반대로 신재생 에너지원에서 전력 공급원으로 전력을 공급하기 위한 전력 공급 방향을 결정하는 기능을 수행한다.
듀티비 제어부(300)는, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)의 온오프 듀티비(On/Off Duty Ratio)를 제어하기 위한 제2 제어 신호(CON2)를 출력한다.
스위치 구동부(110, 120)는, 방향 제어부(200)로부터 제1 제어 신호(CON1)를 입력 받고, 듀티비 제어부(300)로부터 제2 제어 신호(CON2)를 입력 받아, 이들 제어 신호들(CON1, CON2)을 기초로 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 각각 온 또는 오프시킨다.
스위치 구동부(110, 120)는, 제1 스위치(SW1)를 온 또는 오프시키는 제1 스위치 구동부(110)와 제2 스위치(SW2)를 온 또는 오프시키는 제2 스위치 구동부(120)를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 양방향 반도체 스위치의 듀티비 제어부의 회로도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 양방향 반도체 스위치의 듀티비 제어부(300)는, 절대값 산출부(310), 차동 증폭기(320) 및 비교기(330)를 포함할 수 있다.
한편, 제1 입출력단(IO1)에서 제2 입출력단(IO2)으로 전력을 공급하는 경우와 제2 입출력단(IO2)에서 제1 입출력단(IO1)으로 전력을 공급하는 경우, 리액터(Lf)와 직렬 연결된 전류 센서(CS)를 통해 측정된 전류(Isen)의 극성은 반대가 된다.
후술하는 바와 같이, 전류 센서(CS)를 통해 측정된 전류(Isen)를 기준 전류(Iref)와 비교하기 위해 인버터(Lf)에 흐르는 전류(Isen)의 절대값만 산출할 필요가 있다.
이를 위해, 절대값 산출부(310)는 리액터(Lf)에 흐르는 전류(Isen)의 절대값을 산출한다.
차동 증폭기(320)는 리액터(Lf)에 흐르는 센싱 전류(Isen)와 기준 전류(Iref)의 차이값을 증폭하여 출력한다.
구체적으로, 차동 증폭기(320)는 제1 내지 제4 저항(R1~R4)과 제1 연산 증폭기(OP1)로 구성될 수 있다. 여기서, 제1 연산 증폭기(OP AMP)(OP1)의 반전 단자(-)에 기준 전류(Iref)가 입력되고, 제1 연산 증폭기(OP1)의 비반전 단자(+)에 센싱 전류(Isen)가 입력되면, 기준 전류(Iref)와 센싱 전류(Isen)의 차이값에 해당하는 전압을 출력한다. 그리고, 제1 내지 제4 저항(R1~R4)의 저항값에 의해 이득(Gain) 즉, 증폭비가 결정된다.
비교기(330)는 상기 차이값을 삼각파와 비교하여 제2 제어 신호(CON2)를 출력한다.
구체적으로, 비교기(330)는 제5 및 제6 저항(R5, R6)과 삼각파 발생부(331)와 제2 연산 증폭기(OP2)로 구성될 수 있다. 여기서, 제2 연산 증폭기(OP2)의 비반전 단자(+)에 기준 전류(Iref)와 센싱 전류(Isen)의 차이값에 해당하는 전압이 입력되고, 제2 연산 증폭기(OP2)의 반전 단자(-)에 삼각파 발생부(310)에 의해 발생된 삼각파가 입력되면, 기준 전류(Iref)와 센싱 전류(Isen)의 차이값에 해당하는 전압을 삼각파와 비교하여 제2 제어 신호(CON2)를 출력한다.
한편, 차동 증폭기(320) 및 비교기(330)는, 도 2에 도시한 회로와 달리 다양한 회로로 구성될 수 있다.
듀티비 제어부(300)는 리액터(Lf)에 흐르는 전류(Isen)가 기준 전류(Iref) 보다 크면 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)의 온오프 듀티비를 낮추고, 리액터(Lf)에 흐르는 전류(Isen)가 기준 전류(Iref) 보다 작으면 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)의 온오프 듀티비를 높일 수 있다.
여기서, 리액터(Lf)에 흐르는 전류(Isen)는, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)의 온오프 듀티비에 따라 달라지는데, 온오프 듀티비가 높아지면 리액터(Lf)에 흐르는 전류(Isen)는 커지고, 온오프 듀티비가 낮아지면 리액터(Lf)에 흐르는 전류(Isen)는 작아진다.
이와 같이, 듀티비 제어부(300)는 부하 측 즉, 제1 입출력단(IO1) 또는 제2 입출력단(IO2) 측에 단락 사고나 돌입 전류 등의 과대한 전류가 흐르려고 하는 경우, 제1 스위치(SW1) 또는 제2 스위치(SW2)의 온오프 듀티비를 낮추어줌으로써, 리액터(Lf)에 흐르는 전류(Isen)가 기준 전류(Iref)를 초과하지 않도록 실시간으로 제어할 수 있다.
여기서, 부하 측은, 제1 입출력단(IO1)에서 제2 입출력단(IO2)으로 전력을 공급하는 경우 제2 입출력단(IO2) 측이 되고, 제2 입출력단(IO2)에서 제1 입출력단(IO1)으로 전력을 공급하는 경우 제1 입출력단(IO1) 측이 된다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 양방향 반도체 스위치는, 제2 제어 신호(CON2)를 절연하여 스위치 구동부(110, 120)에 출력하는 포토 커플러(410, 420)를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 양방향 반도체 스위치의 포토 커플러의 회로도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 포토 커플러(410, 420)는 발광 다이오드 및 포토 트랜지스터를 포함할 수 있다. 여기서, 발광 다이오드는 비교기(330)와 제1 접지단(GND1) 사이에 연결되고(이하, 입력단), 포토 트랜지스터는 스위치 구동부(110, 120)와 제2 접지단(CND2) 사이에 연결된다(이하, 출력단). 그리고, 발광 다이오드와 포토 트랜지스터는 절연된 상태로 일정 간격 이격된 형태로 배치된다.
포토 커플러(170)의 동작에 대해 살펴보면, 비교기(330)로부터 제2 제어 신호(CON2)가 입력단에 입력되면, 발광 다이오드는 제2 제어 신호(CON2)에 따른 빛을 출사하게 되고, 포토 트랜지스터는 발광 다이오드가 출사한 빛에 따른 전류를 출력단에 흐르게 하여 스위치 구동부(110, 120)에 절연된 제2 제어 신호(CON2)를 출력하게 된다.
이와 같이 포토 커플러(410,420)가 제2 제어 신호(CON2)를 절연하여 스위치 구동부(110, 120)에 출력함으로써, 출력단 측의 신호가 입력단에 전달되는 것을 방지하여 제2 제어 신호(CON2)에 노이즈가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 포토 커플러(410,420)는, 제1 스위치 구동부(110)에 제2 제어 신호(CON2)를 출력하는 제1 포토 커플러(410)와, 제2 스위치 구동부(120)에 제2 제어 신호(CON2)를 출력하는 제2 포토 커플러(420)를 포함할 수 있다.
방향 제어부(200)는 제1 스위치 구동부(110) 및 제2 스위치 구동부(120)에 서로 다른 레벨의 제1 제어 신호(CON1)를 각각 출력한다.
구체적으로, 방향 제어부(200)는, 제1 입출력단(IO1)에서 제2 입출력단(IO2)으로 전력을 공급하는 경우 제1 스위치 구동부(110)에 하이 레벨의 제1 제어 신호(CON1)를 출력하고 제2 스위치 구동부(120)에 로우 레벨의 제1 제어 신호(CON1)를 출력한다.
또한, 방향 제어부(200)는, 제2 입출력단(IO2)에서 제1 입출력단(IO1)으로 전력을 공급하는 경우 제1 스위치 구동부(110)에 로우 레벨의 제1 제어 신호(CON1)를 출력하고 제2 스위치 구동부(120)에 하이 레벨의 제1 제어 신호(CON1)를 출력한다.
듀티비 제어부(300)는 제1 스위치 구동부(110) 및 제2 스위치 구동부(120)에 동일한 레벨의 제2 제어 신호(CON2)를 각각 출력한다.
구체적으로, 듀티비 제어부(300)는, 리액터(Lf)에 흐르는 전류(Isen)가 기준 전류(Iref) 보다 크면 로우 레벨의 제2 제어 신호(CON2)를 출력하고, 리액터(Lf)에 흐르는 전류(Isen)가 기준 전류(Iref) 보다 작으면 하이 레벨의 제2 제어 신호(CON2)를 출력한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 양방향 반도체 스위치의 스위치 구동부의 회로도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 스위치 구동부(110, 120)는, 제1 제어 신호(CON1) 및 제2 제어 신호(CON2)를 각각 입력 받아, 제1 제어 신호(CON1) 및 제2 제어 신호(CON2)가 각각 하이 레벨이면 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 온시킨다.
스위치 구동부(110,120)는, 제1 제어 신호(CON1) 및 제2 제어 신호(CON2)를 각각 입력 받아, 제1 제어 신호(CON1) 및 제2 제어 신호(CON2) 중 적어도 하나가 로우 레벨이면 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 오프시킨다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 양방향 반도체 스위치가 제1 입출력단에서 제2 입출력단으로 전력을 공급하는 경우의 동작으로 설명하기 위한 등가 회로도이다.
도 5(a)는 부하 측 즉, 제2 입출력단(IO2) 측에 단락 사고나 돌입 전류 등의 과대한 전류가 발생하지 않은 경우의 등가 회로도이다.
도 5(a)에 도시한 바와 같이, 제1 스위치 구동부(110)는, 하이 레벨의 제1 제어 신호(CON1)와 하이 레벨의 제2 제어 신호(CON2)를 각각 입력 받아 제1 스위치(SW1)를 온시킨다. 그리고, 제2 스위치 구동부(120)는, 로우 레벨의 제1 제어 신호(CON1)와 하이 레벨의 제2 제어 신호(CON2)를 각각 입력 받아 제2 스위치(SW2)를 오프시킨다.
이에 따라, 제1 입출력단(IO1)에서 출력된 전류는 제1 스위치(SW1)와, 리액터(Lf)와, 제2 스위치(SW2)와 역병렬 연결된 제2 다이오드(D2)를 통해 제2 입출력단(IO2) 측으로 흐르게 된다.
도 5(b)는 부하 측 즉, 제2 입출력단(IO2) 측에 단락 사고나 돌입 전류 등의 과대한 전류가 발생한 경우의 등가 회로도이다.
도 5(b)에 도시한 바와 같이, 제1 스위치 구동부(110)는, 하이 레벨의 제1 제어 신호(CON1)와 로우 레벨의 제2 제어 신호(CON2)를 각각 입력 받아 제1 스위치(SW1)를 오프시킨다. 그리고, 제2 스위치 구동부(120)는, 로우 레벨의 제1 제어 신호(CON1)와 로우 레벨의 제2 제어 신호(CON2)를 각각 입력 받아 제2 스위치(SW2)를 오프시킨다.
이에 따라, 제1 환류 다이오드(Dw1)는, 리액터(Lf)에 발생된 역기전력을 이용하여 전류의 연속성을 유지시키며, 전류는, 기준 전류(Iref)를 초과하지 않는 범위에서, 제1 환류 다이오드(Dw1)와, 리액터(Lf)와, 제2 스위치(SW2)와 역병렬 연결된 제2 다이오드(D2)를 통해 제2 입출력단(IO2) 측으로 흐르게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 양방향 반도체 스위치가 제2 입출력단에서 제1 입출력단으로 전력을 공급하는 경우의 동작으로 설명하기 위한 등가 회로도이다.
도 6(a)는 부하 측 즉, 제1 입출력단(IO1) 측에 단락 사고나 돌입 전류 등의 과대한 전류가 발생하지 않은 경우의 등가 회로도이다.
도 6(a)에 도시한 바와 같이, 제1 스위치 구동부(110)는, 로우 레벨의 제1 제어 신호(CON1)와 하이 레벨의 제2 제어 신호(CON2)를 각각 입력 받아 제1 스위치(SW1)를 오프시킨다. 그리고, 제2 스위치 구동부(120)는, 하이 레벨의 제1 제어 신호(CON1)와 하이 레벨의 제2 제어 신호(CON2)를 각각 입력 받아 제2 스위치(SW2)를 온시킨다.
이에 따라, 제2 입출력단(IO2)에서 출력된 전류는 제2 스위치(SW2)와, 리액터(Lf)와, 제1 스위치(SW1)와 역병렬 연결된 제1 다이오드(D1)를 통해 제1 입출력단(IO1) 측으로 흐르게 된다.
도 6(b)는 부하 측 즉, 제1 입출력단(IO1) 측에 단락 사고나 돌입 전류 등의 과대한 전류가 발생한 경우의 등가 회로도이다.
도 6(b)에 도시한 바와 같이, 제1 스위치 구동부(110)는, 로우 레벨의 제1 제어 신호(CON1)와 로우 레벨의 제2 제어 신호(CON2)를 각각 입력 받아 제1 스위치(SW1)를 오프시킨다. 그리고, 제2 스위치 구동부(120)는, 하이 레벨의 제1 제어 신호(CON1)와 로우 레벨의 제2 제어 신호(CON2)를 각각 입력 받아 제2 스위치(SW2)를 오프시킨다.
이에 따라, 제2 환류 다이오드(Dw2)는, 리액터(Lf)에 발생된 역기전력을 이용하여 전류의 연속성을 유지시키며, 전류는, 기준 전류(Iref)를 초과하지 않는 범위에서, 제2 환류 다이오드(Dw2)와, 리액터(Lf)와, 제1 스위치(SW1)와 역병렬 연결된 제1 다이오드(D1)를 통해 제1 입출력단(IO1) 측으로 흐르게 된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 양방향 반도체 스위치는 부하 측 즉, 제1 입출력단(IO1) 또는 제2 입출력단(IO2) 측에 단락 사고나 돌입 전류 등의 과대한 전류가 흐르려고 하는 경우, 제1 스위치(SW1) 또는 제2 스위치(SW2)의 온오프 듀티비를 낮추어줌으로써, 리액터(Lf)에 흐르는 전류(Isen)가 기준 전류(Iref)를 초과하지 않도록 실시간으로 제어할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110, 120: 스위치 구동부
200: 방향 제어부
300: 듀티비 제어부
410, 420: 포토 커플러

Claims (14)

  1. 제1 입출력단에 연결되는 제1 스위치와, 제2 입출력단에 연결되는 제2 스위치;
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 사이에 연결되는 리액터;
    상기 리액터 및 상기 제1 스위치 사이의 제1 노드에 연결되는 제1 환류 다이오드;
    상기 리액터 및 상기 제2 스위치 사이의 제2 노드에 연결되는 제2 환류 다이오드;
    상기 제1 입출력단에서 상기 제2 입출력단으로 전력을 공급하거나 상기 제2 입출력단에서 상기 제1 입출력단으로 전력을 공급하기 위한 제1 제어 신호를 출력하는 방향 제어부;
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 온오프 듀티비를 제어하기 위한 제2 제어 신호를 출력하는 듀티비 제어부; 및
    상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 입력 받아 이를 기초로 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 각각 온 또는 오프시키는 스위치 구동부
    를 포함하는 양방향 반도체 스위치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 제어 신호를 절연하여 상기 스위치 구동부에 출력하는 포토 커플러
    를 더 포함하는 양방향 반도체 스위치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 듀티비 제어부는
    상기 리액터에 흐르는 전류의 절대값을 산출하는 절대값 산출부를 포함하는
    양방향 반도체 스위치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 듀티비 제어부는
    상기 리액터에 흐르는 전류와 기준 전류의 차이값을 증폭하여 출력하는 차동 증폭기; 및
    상기 차이값을 삼각파와 비교하여 상기 제2 제어 신호를 출력하는 비교기를 포함하는
    양방향 반도체 스위치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 듀티비 제어부는
    상기 리액터에 흐르는 전류가 기준 전류 보다 크면 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 온오프 듀티비를 낮추고,
    상기 리액터에 흐르는 전류가 기준 전류 보다 작으면 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 온오프 듀티비를 높이는
    양방향 반도체 스위치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치 구동부는
    상기 제1 스위치를 온 또는 오프시키는 제1 스위치 구동부; 및
    상기 제2 스위치를 온 또는 오프시키는 제2 스위치 구동부를 포함하는 양방향 반도체 스위치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 방향 제어부는
    상기 제1 스위치 구동부 및 상기 제2 스위치 구동부에 서로 다른 레벨의 상기 제1 제어 신호를 각각 출력하는
    양방향 반도체 스위치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 듀티비 제어부는
    상기 제1 스위치 구동부 및 상기 제2 스위치 구동부에 동일한 레벨의 상기 제2 제어 신호를 각각 출력하는
    양방향 반도체 스위치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 방향 제어부는
    상기 제1 입출력단에서 상기 제2 입출력단으로 전력을 공급하는 경우 상기 제1 스위치 구동부에 하이 레벨의 상기 제1 제어 신호를 출력하고 상기 제2 스위치 구동부에 로우 레벨의 상기 제1 제어 신호를 출력하고,
    상기 제2 입출력단에서 상기 제1 입출력단으로 전력을 공급하는 경우 상기 제1 스위치 구동부에 로우 레벨의 상기 제1 제어 신호를 출력하고 상기 제2 스위치 구동부에 하이 레벨의 상기 제1 제어 신호를 출력하는
    양방향 반도체 스위치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 듀티비 제어부는
    상기 리액터에 흐르는 전류가 기준 전류 보다 크면 로우 레벨의 상기 제2 제어 신호를 출력하고,
    상기 리액터에 흐르는 전류가 기준 전류 보다 작으면 하이 레벨의 상기 제2 제어 신호를 출력하는
    양방향 반도체 스위치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 스위치 구동부는
    상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호가 각각 하이 레벨이면 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 온시키는
    양방향 반도체 스위치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 스위치 구동부는
    상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호 중 적어도 하나가 로우 레벨이면 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 오프시키는
    양방향 반도체 스위치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 환류 다이오드 및 상기 제2 환류 다이오드는
    상기 리액터에 발생된 역기전력을 이용하여 전류의 연속성을 유지하는
    양방향 반도체 스위치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 스위치와 역병렬 연결되는 제1 다이오드와, 상기 제2 스위치와 역병렬 연결되는 제2 다이오드를
    더 포함하는 양방향 반도체 스위치.





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