KR102030099B1 - 통신 프로토콜 - Google Patents

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KR102030099B1
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이반 크로닌
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마쉬넨파브릭 레인하우센 게엠베하
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Abstract

상기 어플리케이션은 일반적으로 IGBT들과 같은 고전압 전력 스위칭 디바이스들을 구동하는 장치와 관련된다. 한 측면에서 전력 스위칭 장치의 적어도 하나의 고전압 전력 스위칭 디바이스를 구동하기 위한 디바이스 드라이버에 감지 능력을 부가하는 방법에 있어서, 상기 전력 스위칭 장치는 상기 적어도 하나의 디바이스와 상기 드라이버를 포함하는 디바이스 측 회로와 하나의 드라이버 컨트롤러를 포함하는 제어측 회로를 가지며, 상기 디바이스 드라이버는 상기 드라이버 컨트롤러에 통신 링크를 통해 결합되도록 배치되고, 상기 디바이스 드라이버는 상기 드라이버 컨트롤러로부터 상기 통신 링크 상에서 수신된 스위칭 신호에 대한 응답으로 상기 적어도 하나의 디바이스를 온 또는 오프 구동하기 위해 배치되며, 상기 디바이스 드라이버는 상기 수신된 스위칭 신호에 대한 응답으로 상기 드라이버 컨트롤러에 수신확인(acknowledgement)신호를 전송하기위해 추가 배치되며, 상기 수신확인신호는 유효한 상기 수신확인신호로서 상기 드라이버 컨트롤러에서 검출 가능하며, 상기 방법은 상기 디바이스측 회로의 상태(condition) 표시를 출력하기 위한 감지 회로를 제공하는 단계; 변조된 수신확인신호가 상기 수신된 스위칭 신호에 대한 응답으로 상기 디바이스 드라이버에 의해 상기 드라이버 컨트롤러로 전송되기 위한 상기 수신확인신호이고 유효한 상기 수신확인신호로서 상기 드라이버 컨트롤러에서 검출 가능하도록 하기 위하여 상기 전송에 앞서 상기 상태 표시에 따른 상기 수신확인신호를 변조하기 위한 변조 회로를 제공하는 단계를 포함한다.

Description

통신 프로토콜{Communication Protocol}
본 발명은 일반적으로 IGBT 같은 고전압 전력 스위칭 디바이스를 구동하기 위한 장치이고, 구체적으로는 적어도 하나의 고전압 전력 스위칭 디바이스를 구동하기 위한 디바이스 드라이버에 감지 능력(sensing capability)을 부가하는 방법, 디바이스 드라이버를 제어하여 적어도 하나의 고전압 전력 스위칭 장치를 구동하기 위한 드라이버 컨트롤러에 모니터링 능력을 부가하는 방법, 드라이버 컨트롤러와 디바이스 드라이버가 포함된 전력 스위칭 장치에 감지 및 모니터링 능력을 부가하는 방법, 적어도 하나의 고전압 전력 스위칭 장치를 구동하기 위한 디바이스 드라이버, 디바이스 드라이버를 제어하여 적어도 하나의 고전압 전력 스위칭 장치를 구동하기 위한 드라이버 컨트롤러, 적어도 하나의 고전압 전력 스위칭 디바이스가 포함된 전력 스위칭 장치, 더 구체적으로는 인버터에 대한 것이다.
전력 반도체 스위칭 디바이스는 광범위한 전력 어플리케이션 분야에 널리 이용된다. 우리가 일반적으로 관심을 갖는 전력 반도체 스위칭 디바이스들은 1 암페어(amp)보다 더 큰 전류 운반 능력을 가지고 100 볼트(volt)보다 더 큰 전압에서 동작된다. 예를 들어, 10 암페어(amps), 50 암페어(amps) 또는 100 암페어(amps) 보다 더 큰 전류를 운반할 수 있거나, 및/또는 500 볼트 또는 1킬로볼트(KV)보다 더 큰 디바이스 전압차를 견딜수 있는 장치이다.
이러한 디바이스들은 MOSFETS(수직 또는 수평)와 JFETs 같은 FETs 뿐만 아니라, 절연 게이트 쌍극성 트랜지스터(IGBTs)도 포함하며, 그리고 LIFETs (레이터럴 인버젼 에미터 트랜지스터, Lateral Inversion Emitter Transisters), SCR 등과 같은 장치들도 잠재적으로 포함한다. 여기서 설명할 기술들은 어떤 특정한 타입의 디바이스 구조에 한정되지 않으므로 전력 스위칭 디바이스들은 예를 들어 수직(vertical) 또는 수평(lateral) 디바이스들일 수 있다; 그 디바이스들은 실리콘과 실리콘 카바이드에 한정되지 않지만, 이를 포함하는 기술들의 범위 내에서 제조될 수 있다.
이 유형의 스위칭 디바이스들은 예를 들어 기관차 모터들(locomotive motors)과 같은 모터 등을 위한 중간 전압(예를 들어 1KV보다 큰) 스위칭과 예를 들어, 특히 해상 풍력 구조물(offshore wind installation)로부터 전력을 운반할 수 있는 유형의 DC전송선들과 같은 고전압 전송선들(high voltage transmission lines)에서의 스위칭을 포함하는 응용들을 가질 수 있다. 특히 IGBTs는 낮은 수준의 전압들 또는 전류들의 적용으로 큰 전류를 제어하는데 사용된다. 어떤 IGBT들은 1600V와 1200A의 등급들을 갖기도 한다.
이러한 유형의 응용들에서는 일반적으로 수십 또는 수백개의 디바이스들이 원하는 전압/전류에서 동작하기 위해 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 이러한 디바이스들의 스위칭을 제어함에 있어, 특별한 문제들이 있는데, 전기적 환경은 상대적으로 잡음이 있고, 부하전류 및 온도같은 동작 상태(condition)들은 지속적으로 변하기 때문이며, 스위칭되는 전압/전류들이 크고, 심각한 디바이스 고장을 유발할 수 있기 때문이다. 또한 이러한 시스템에서의 한 디바이스가 고장나면, 그 시스템의 다른 스위칭 디바이스들도 결과적으로 쉽게 고장날수 있다.
일반적으로, 중간 또는 고전압 스위칭 시스템들은 더 많은 비용이 드는, 및/ 또는 느린 스위칭 속도를 가지는 더 높은 전력 디바이스들의 사용을 피하기 위해, 직렬의 토폴로지로 배치된 다중 디바이스들을 이용하여 더 쉽게 구성된다. 예시 인버터에서, IGBTs는 도 1a에서 예로 도시된 페이즈 레그(Phase leg)를 형성하기 위한 전원 공급장치 선로들 사이에 적층되거나 배치될 수 있다. 그리고 이는 싱글 레그 인버터(single leg inverter) 또는 멀티플 레그 인버터(multiple leg inverter)의 하나의 페이즈 레그(phase leg)를 나타낼 수도 있다. 도 1b는 각 페이즈 레그의 위쪽과 아랫쪽 각각에 적층된 두 개의 IGBTs를 가지는 멀티 페이즈 레그 인버터를 나타낸다. 직렬로 복수의 IGBTs를 제공하는 것은 예를 들면, 인버터 페이즈 레그를 가로지르거나 인버터 페이즈 레그의 아랫쪽과 윗쪽의 IGBTs를 가로 지르는 전체 전압이 상기 IGBT들 사이에 분할되도록 허용하여, 더 낮은 전압의 IGBT들이 사용되는 것, 및/또는 높은 전체(overall) 전압의 응용을 허용한다. 그럼에도 불구하고, IGBT들의 직렬연결이 사용될 때 조차, 예를 들어 상기 언급된 신뢰성 관련하여 난점들이 남아있다.
상기 관점에서, 개선된 전력 스위칭 디바이스들의 모니터링 및/또는 제어의 필요성이 남아있다. 예를 들어, 그중에서도 고장 예측/회피, 증가된 신뢰성, 확장성(예를 들어, 많은 수의 IGBTs의 직렬 연결 허용), 비용 효율성, 전력 효율성(예를 들어, 스위칭 손실을 줄임으로 인한 낮은 전력 낭비), 및/또는 더 높은 품질의 출력전압 및/또는 전류 파형들을 허용하는 것이다.
좀 더 구체적으로, 이러한 개선된 모니터링 및/또는 제어는 기존 제조업체들의 디바이스들의 제조 허용범위(tolerance) 및/또는 다른 제조업체들의 전력 스위칭 디바이스들간 차이점들의 관점에서 바람직할 수 있다. 이러한 디바이스들은 전력 스위칭 디바이스들의 네트워크로 결합될수 있어서, 전력 스위칭 디바이스 동작 특성들은 인버터같은 장치 네트워크를 통해 디바이스에 따라 변할 수 있다. 이는 상기 언급된 단점들이 발생할 수 있는데, 예를 들어 페이즈 레그(phase leg)의 하나 이상 절반들에서 다른 직렬 연결 전력 스위칭 디바이스들간 빈약한 전압 공유에 기인한 낮은 신뢰성같은 단점들이 발생할 수 있다. 이러한 빈약한 공유는 예를 들어 디바이스 턴-온(turn-on) 및/또는 턴-오프(turn-off) 시간들의 차이에 기인해 발생할 수 있다. 그러므로, 개별 디바이스 행동의 원격 모니터링 및/또는 제어는 유리할 수 있다.
가장 바람직하게는 기존의 전력 스위칭 디바이스 컨트롤 제품들과 호환될수 있는 방법으로 이러한 난점들 및/또는 다른 것들을 극복하는 것이 바람직하다.
여기서는 이들 및 다른 문제들을 다루는 기술들에 대해 기술할 것이다.
본 발명을 이해하기 위한 용도로, 하기 개시문헌이 언급된다:
1SP0335V / 1SP0355S / 1SP335D Description and Application Manual
(http://www.igbt-driver.com/fileadmin/Public/PDF/Prodicts/ENG/SCALE-2/PnP/1SP0335/Manual/1SP0335/Manual/1SP0335_Manual.pdf
개선된 전력 스위칭 디바이스들의 모니터링 및/또는 제어의 필요성이 남아있다. 예를 들어, 그중에서도 고장 예측/회피, 증가된 신뢰성, 확장성(예를 들어, 많은 수의 IGBTs의 직렬 연결 허용), 비용 효율성, 전력 효율성(예를 들어, 스위칭 손실을 줄임으로 인한 낮은 전력 낭비), 및/또는 더 높은 품질의 출력전압 및/또는 전류 파형들을 허용하는 것이다.
본 발명의 제 1 측면에 따르면, 전력 스위칭 장치의 적어도 하나의 고전압 전력 스위칭 디바이스를 구동하기 위한 디바이스 드라이버에 감지 능력을 부가하는 방법을 제공하며, 상기 전력 스위칭 장치는 상기 적어도 하나의 디바이스와 상기 드라이버를 포함하는 디바이스 측 회로와 하나의 드라이버 컨트롤러를 포함하는 제어측 회로를 가지며, 상기 디바이스 드라이버는 상기 드라이버 컨트롤러에 통신 링크를 통해 결합되도록 배치되고, 상기 디바이스 드라이버는 상기 드라이버 컨트롤러로부터 상기 통신 링크를 통해 수신된 스위칭 신호에 대한 응답으로 상기 적어도 하나의 디바이스를 온 또는 오프 구동하기 위해 배치되며, 상기 디바이스 드라이버는 상기 수신된 스위칭 신호에 대한 응답으로 상기 드라이버 컨트롤러에 수신확인(acknowledgement)신호를 전송하기 위해 더 배치되며, 상기 수신확인신호는 유효한 상기 수신확인신호로서 상기 드라이버 컨트롤러에서 검출 가능하며, 상기 방법은 상기 디바이스측 회로의 상태(condition) 표시를 출력하기 위한 감지 회로를 제공하는 단계; 변조된 수신확인신호가 상기 수신된 스위칭 신호에 대한 응답으로 상기 디바이스 드라이버에 의해 상기 드라이버 컨트롤러로 전송되기 위한 상기 수신확인신호이고 유효한 상기 수신확인신호로서 상기 드라이버 컨트롤러에서 검출 가능하도록 하기 위하여 상기 전송에 앞서 상기 상태 표시에 따른 상기 수신확인신호를 변조하기 위한 변조 회로를 제공하는 단계를 포함한다. 예를 들어 상기 드라이버 컨트롤러에서 유효한 것으로 감지가능한 상기 수신확인신호는 미리 정의된 최소 및/또는 최대 값들 - 예를 들어, 상기 드라이버 컨트롤러에서의 지속시간 및/또는 도달 시간(예를 들어 관련된, 선행 스위칭 신호의 전송시간에 대한 이러한 도달 시간)에 관련한 값들 - 을 따르는 지속시간, 진폭, 주파수 등과 같은 속성을 가질 수 있다. 구체적으로, 최소 지속시간은 약 (예를 들어, 정확히 또는 +-1, 2, 5 or 10% 이내) 0.6us이 될 것이며, 및/또는 최대 지속시간은 약 1.8us이 될 것이다. 더 일반적으로, 변조된 신호의 유효성은 변조된 신호가 상기 드라이버 컨트롤러에 의해 유효한 수신확인신호로서 인식가능한지 아닌지에 의해 판단될 것이다.
그러므로, 인버터 같은 기존 전력 스위칭 장치의 디바이스 드라이버는 감지 회로와 변조 회로를 적용함으로써 변형될 수 있다. 유리하게는, 상기 변조된 디바이스 드라이버는 기존 기능을 제공하기 위한 - 특히 스위칭 신호에 대한 응답으로서 드라이버 컨트롤러에 의해 인식가능한 수신확인신호를 드라이버 컨트롤러에 제공하기 위해 - 상기 기존의 드라이버 컨트롤러와 통신하는 것을 지속할 수 있다. 그러므로, 전력 스위칭 장치나 이러한 장치를 위한 디바이스 드라이버는 어떤 추가 송신기 및/또는 디바이스 드라이버로부터 드라이버 컨트롤러로의 감지된 신호의 통신을 위한 통신 링크의 필요 없이, 감지 능력을 부가하기 위해 개조할 수 있다. 바람직하게는, 감지된 디바이스 상태(condition) 데이터 - 예를 들어, 고전압 스위칭 디바이스의 온도- 는 변조에 의해 기존 수신확인신호 내에 '감춰져'있다.
상기 상태는 예를 들어, 상기 전력 스위칭 디바이스의, 디바이스측 회로의 스테이터스(status), 또는 예를 들어, 상기 전력 스위칭 디바이스의, 디바이스측 회로 파라미터 측정값을 나타낸다는 점에서, 그리고 상기 변조가 상기 스테이터스(status) 또는 측정값을 하나 이상의 수신확인신호들로 인코딩하도록 하나 이상의 상기 수신확인신호들을 변조하고, 상기 또는 각 상기 수신확인 신호는 각각의 상기 스위칭 신호에 대한 응답으로 생성되는 것이다. 예를 들어, 복수의 수신확인신호들 각각은 상기 값의 단일 비트를 나타내기 위해 변조될 수 있고, 및/또는 단일 수신확인신호는 상기 값의 복수 비트를 나타내기 위해 변조될 수 있다. 이러한 상기 상태(condition)는 예를 들어 온도, 전압 및/또는 전류같은 상기 디바이스의 파라미터가 임계치 이하인지 여부-예를 들어 상기 전력 스위칭 디바이스가 상기 디바이스의 안전한 동작 한도내에서 동작되고 있는지를 표시하기 위한- 를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 임계치의 초과는 상기 임계치가 초과되지 않을 때보다 더 긴 지속시간으로 나타날 수 있다.
상기 파라미터는 상기 디바이스의 온도, 전압 또는 전류; 또는 디바이스의 전압 또는 전류 피크(peak) 등 이벤트의 타이밍을 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 상기 파라미터는 전력 스위칭 디바이스 게이트 또는 게이트-에미터(gate-emitter) 전압; 전원공급장치 전압; 전력 스위칭 디바이스 콜렉터-에미터 포화 전압; 전력 스위칭 디바이스 콜렉터 또는 콜렉터-에미터(collector-emitter) 전압; 주위 온도; 또는 전력 스위칭 디바이스 스위칭 시간 (예를 들어, 상기 온 상태 전류(on state current)의 약 10%에서 약 90% 사이의 스위칭 시간, 예를 들어 턴 온(turn on) 또는 턴 오프(turn off))을 포함할 수 있다. 그러므로, 어떤 부가적인 송신기 및/또는 상기 디바이스 드라이버로부터 상기 드라이버 컨트롤러로의 감지된 신호의 통신을 위한 통신링크를 필요로 하지 않고, 상기 디바이스 드라이버로부터 상기 드라이버 컨트롤러로의 멀티 비트 데이터 통신을 허용할 수 있다. 그러므로, 어떤 부가적인 통신 수단들 없이 포괄적인 모니터링 기능을 제공하기 위하여 상기 고전압 스위칭 디바이스의 어떤 하나 이상의 파라미터들을 모니터 하는 것이 가능할 수 있다.
상기 변조가 상기 상태(condition)를 표현하는 멀티-비트 값의 각각의 싱글 비트를 표시하기 위한 복수의 상기 수신확인신호들 각각을 변조하여 디바이스 드라이버로부터 상기 멀티 비트 값을 전송한다. 대신에, 적어도 두개의 비트들을 포함하는 상기 값의 두 개 이상 비트들은 어떤 하나 이상의 상기 수신확인신호들로 인코딩될 수도 있다.
일 실시예로, 예를 들어 하나 이상의 상기 연속적인 수신확인신호들의 서브 세트들(sub-sets)이 각각의 아날로그 디지털 변환기 (ADCs)에 기초해 표시되는 상태들(conditons)을 표현한다는 점에서, 복수의 수신확인신호들을 인코딩함으로써, 바람직하게는 미리 정의된 구조를 가지는 데이터 패킷을 산출할 수 있다. 선택적으로, 이러한 패킷은 동기화, 패킷 또는 데이터 식별, 및/또는 에러 체킹(error checking)을 위한 제어 데이터를 포함할 수 있다. 어떤 경우에든, 상기 디바이스측으로부터의 하나 이상의 상태(condition) 표시들의 전송은, 바람직하게는 이러한 패킷으로, 예를 들어, 상기 디바이스 측 전원공급장치의 스위치 온(switch-on)과 같은 이벤트에 의해 트리거 되는 것처럼 애드-혹(ad-hoc)방식으로 발생할 수 있으며, 또는 바람직하게는 어떠한 외부 트리거 없이도 지속적으로 반복될 수 있다.
상기 변조는 상기 상태(condition)를 표현하는 멀티 비트 값의 복수의 비트들을 나타내기 위해 수신확인신호를 변조할 수 있다. 예를 들어, 수신확인 펄스(acknowledge pulse)는 유효한 수신확인 펄스의 최소 및 최대 지속시간들(durations)에 의해 정의된 구간 내에 전이(transition)들 및/또는 서브 펄스(sub-pulse)들의 갯수를 제공하기 위해 변조될 수도 있다. 이러한 구간은 '돈-케어'(don't care)구간으로 언급될 수도 있으며, 그리고 예를 들어, 상기 수신확인 펄스의 시작 후 0.6에서 1.8us 사이로 확장될 수도 있다.
상기 수신확인신호는 펄스를 포함하고 상기 변조는 상기 펄스 신호 지속시간을 조정해서 조정된 지속시간이 유효한 상기 수신확인 펄스의 최소 지속시간과 최대 지속시간 사이에 존재할 수 있다. 일 실시예에서, 최소 지속시간은 약(예를 들어, 정확히 또는 +-1,2,5 또는 10% 이내) 0.6us이며, 및/또는 최대 지속시간은 약 1.8us이다. 예를 들어, 상기 변조는 하나의 데이터 비트(예를 들어, '1'또는'true')를 표시하기위해 약 0.8us로 상기 지속시간을 조정할 수 있으며, 및/ 또는 다른 데이터 비트(예를 들어, '0' 또는 'false')를 표시하기 위해 약 1.6us로 지속시간을 조정할 수 있다. 따라서, 단일 비트 데이터의 수신확인신호로의 인코딩이 이뤄질 수 있다. 그러나, 상기 방법은 하나 보다 많은 이진 데이터 비트를 단일 유효 수신확인 신호로 더 많이 인코딩하는 것까지 확장된다. 예를 들어 1.2us같은 중간 지속시간은 '0'또는 '1'을 제외한 값, 예를 들어 2 비트 이진값또는 n>2인 n-ary 시스템의 비트를 표시할 수 있다.
상기 변조는 주파수 변조, 진폭 변조, 및/또는 펄스 폭 변조를 포함하고, 바람직하게는 상기 변조는 멀티-레벨(multi-level) 디지털 데이터의 인코딩을 위한 것일 수 있다. 예를 들어, 더 다르게 정의된 주파수들, 진폭들, 및/또는 펄스 폭들세 개의 각각은 각각의 데이터 비트들을 표현하기 위해 사용될 수 있다. 그러므로, 단일 수신확인신호의 변조는 '0'/'1' 또는 'true/false' 같은 단일 비트 이진 값을 표현하는데 제한되지 않는다.
본 발명의 제 2 측면에 따르면, 전력 스위칭 장치의 적어도 하나의 고전압 전력 스위칭 디바이스를 구동하기 위한 디바이스 드라이버를 제어하는 드라이버 컨트롤러에 모니터링 능력을 부가하는 방법을 제공하며, 상기 장치는 상기 적어도 하나의 디바이스와 상기 드라이버를 포함하는 디바이스 측 회로와 상기 드라이버 컨트롤러를 포함하는 제어측 회로를 가지며, 상기 드라이버 컨트롤러는 디바이스 드라이버에 통신 링크를 통해 결합되도록 배치되고, 상기 드라이버 컨트롤러는 상기 적어도 하나의 디바이스를 온 또는 오프 구동하여 상기 디바이스 드라이버를 제어하기 위해 상기 통신 링크를 통해 스위칭 신호를 전송하도록 배치되며, 상기 드라이버 컨트롤러는 상기 통신링크로부터 수신확인신호를 수신하고 상기 스위칭신호에 대한 응답으로 유효한 상기 수신된 수신확인신호를 검출하기 위해 더 배치되며, 상기 방법은 상기 검출된 유효한 수신확인신호를 복조하여 상기 디바이스측 회로의 상태(condition)를 출력하는 복조회로를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 상태(condition)는 상기 수신확인신호에 인코딩된다. 상기 상태(condition)는, 예를 들어 디바이스의 상태(예를 들어, 스테이터스(status) 또는 파라미터 측정 값) 같은 제 1 측면에 관한 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 드라이버 컨트롤러는 상기 디바이스 드라이버와 통신하기 위해, 예를 들어, 상기 디바이스를 스위치 온/오프하도록 상기 디바이스 드라이버를 제어하기 위한 스위칭 신호를 보내고 유효한 수신확인신호를 상기 디바이스 드라이버로부터 인식하기 위해, 배치된다. 이와 관련하여, 상기 드라이버 컨트롤러는 수신확인신호가 유효할 때를 감지하기 위한 지속시간 판별기를 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 복조 회로는 이 지속시간 판별기를 이용하거나, 지속시간에 따라 상기 수신확인신호로 인코딩된 하나 이상의 데이터 비트들을 판단하기 위해 또 다른 지속시간 판별기를 포함한다.
유리하게는, 인버터같은 전력 스위칭 장치의 기존 드라이버 컨트롤러는 복조회로를 적용함으로서 변형될 수 있으며, 바람직하게는 상기 변형된 드라이버 컨트롤러가 기존 기능을 제공하기 위해, 특히 상기 디바이스 드라이버에 스위칭 신호를 제공하고 그 스위칭 신호에 대한 응답으로 상기 디바이스 드라이버로부터 유효한 수신확인신호를 수신하고 인식할 수 있기 위해, 상기 기존 디바이스 드라이버와 통신을 지속할 수 있다. 그러므로, 전력 스위칭 장치 또는 그러한 장치를 위한 드라이버 컨트롤러는 상기 디바이스 드라이버에서 상기 디바이스 컨트롤러로 감지된 신호의 통신을 위한 통신 링크 없이 및 또는 어떤 추가 수신기 없이, 모니터링 능력을 더함으로 개선(retrofit)될 수 있다. 바람직하게는, 예를 들어 고전압 스위칭 디바이스의 온도 같은, 감지된 디바이스 상태(condition) 데이터는 기존 수신확인신호내에 '숨겨져'있고 상기 드라이버 컨트롤러에서의 복조에 의해 검출가능하다.
드라이버 컨트롤러와 디바이스 드라이버를 포함하는 전력 스위칭 장치에 감지 및 모니터링 능력을 부가하는 방법에 있어, 상기 디바이스 컨트롤러는 적어도 하나의 고전압 스위칭 디바이스를 구동하기 위한 것이며, 상기 드라이버 컨트롤러는 상기 디바이스 드라이버를 제어하여 상기 디바이스를 스위치 온 및 오프하도록 배치되며, 상기 방법은 상기 디바이스 드라이버에 감지 능력을 부가하기 위한 상기 방법과 상기 드라이버 컨트롤러에 모니터링 능력을 부가하기 위한 상기 방법을 포함할 수 있다. 이 방법으로, 인버터 같은 전력 스위칭 장치의 고전압 스위칭 디바이스들의 기존 네트웍을 구동하기 위한 각각의 드라이버 컨트롤러-디바이스 드라이버 쌍은, 유리하게는, 크기, 비용 및/또는 복잡성이 더해지는 추가 통신 수단들을 필요로 하지 않고, 모든 디바이스의 모니터링을 허용하기 위해 업데이트 될 수 있다.
본 발명의 제 3 측면에 따르면, 전력 스위칭 장치의 적어도 하나의 고전압 전력 스위칭 디바이스를 구동하기 위한 디바이스 드라이버를 제공하며, 상기 장치는 상기 적어도 하나의 디바이스와 상기 드라이버를 포함하는 디바이스측 회로와 드라이버 컨트롤러를 포함하는 제어측 회로를 가지며, 상기 디바이스 드라이버는 통신 링크에 의해 상기 드라이버 컨트롤러에 결합되어 배치되며, 상기 디바이스 드라이버는 상기 드라이버 컨트롤러로부터 상기 통신 링크를 통해 수신된 스위칭 신호에 대한 응답으로 상기 적어도 하나의 디바이스를 온 또는 오프 구동하기 위해 배치되며, 상기 디바이스 드라이버는 상기 수신된 스위칭 신호에 대한 응답으로 상기 드라이버 컨트롤러에 수신확인신호를 전송하기 위해 더 배치되며, 상기 수신확인신호는 유효한 상기 수신확인신호로서 상기 드라이버 컨트롤러에서 검출 가능하며, 상기 디바이스 드라이버는 상기 디바이스측 회로의 상태(condition) 표시를 수신하기 위해 배치된 입력; 및 상기 수신된 상태표시에 따른 상기 수신확인신호를 변조하기 위해 구성된 변조기를 포함하되, 상기 디바이스 드라이버는 상기 드라이버 컨트롤러에서 유효한 상기 수신확인신호로서 검출가능한 상기 수신확인 신호로서 상기 변조된 수신확인 신호를 전송하기 위해 구성된다.
바람직하게는, 전력 스위칭 장치의 기존 디바이스 드라이버는 본질적으로 장치의 기존 기능 저하 없이, 상기 디바이스 드라이버에 의해 교체될 수 있으며, 특히 상기 디바이스 드라이버들의 제어가 교체 이전과 본질적으로 계속되도록 허용한다. 게다가, 일 실시예의 상기 디바이스 드라이버는, 유리하게는, 하기 드라이버 컨트롤러 같은 호환가능한 회로에 의한 사용을 위해, 상기 고전압 전력 스위칭 디바이스(들)의 모니터링을 위해 사용가능한 데이터를 만들며, 이러한 사용가능성은 바람직하게는, 예를 들어, 어떤 추가 통신 링크의 필요 없이 기존 회로의 최소 수정으로 제공된다.
본 발명의 제 4 측면에 따르면, 전력 스위칭 장치의 적어도 하나의 고전압 전력 스위칭 디바이스를 구동하기 위한 디바이스 드라이버를 제어하는 드라이버 컨트롤러에서, 상기 장치는 상기 적어도 하나의 디바이스와 상기 드라이버를 포함하는 디바이스 측 회로와 상기 드라이버 컨트롤러를 포함하는 제어측 회로를 가지며, 상기 드라이버 컨트롤러는 상기 디바이스 드라이버에 통신 링크를 통해 결합되도록 배치되고, 상기 드라이버 컨트롤러는 상기 적어도 하나의 디바이스를 온 또는 오프 구동하기 위한 상기 디바이스 드라이버를 제어하기 위해 상기 통신 링크를 통해 스위칭 신호를 전달하도록 배치되며, 상기 드라이버 컨트롤러는 상기 디바이스 드라이버로부터 상기 통신링크를 통해 수신확인신호를 수신하고 유효한 상기 수신된 수신확인신호를 검출하기 위해 배치되며, 상기 드라이버 컨트롤러는 상기 수신된 수신확인신호를 복조하도록 구성되어 상기 수신확인 신호에서 인코딩된 데이터를 알아내는 복조기; 및 상기 알아낸 데이터에 기초한 상기 디바이스측 회로의 상태(condition) 표시를 제공하도록 구성된 출력을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이버 컨트롤러를 제공한다. 바람직하게는, 드라이버 컨트롤러는 상기 기술된 일 실시예인 디바이스 드라이버를 제어하기 위한 것이다.
상기 디바이스 드라이버와 관련하여 전술한 바와 유사하게, 전력 스위칭 장치의 기존 드라이버 컨트롤러는 상기 드라이버 컨트롤러에 의해 교체될 수 있으며,바람직하게는, 본질적으로 상기 장치의 기존 기능의 저하없이, 특히 상기 디바이스 드라이버(들)의 제어가 교체 이전과 본질적으로 계속되도록 허용한다. 또한, 일 실시예의 상기 드라이버 컨트롤러는 상기 고전압 전력 스위칭 디바이스(들)의 모니터링, 상기 디바이스(들)의 모니터링을 위해 수신확인신호에 인코딩된 모니터링 데이터를 유리하게 검출하며 따라서, 예를 들어, 어떠한 추가 통신 링크없이 기존 회로의 최소 수정으로 바람직하게 달성 제공된다.
상기 적어도 하나의 고전압 전력 스위칭 디바이스를 구동하도록 구성된 상기 디바이스 드라이버와 적어도 하나의 고전압 전력 스위칭 디바이스를 포함하는 디바이스측 회로, 및 상기 적어도 하나의 고전압 전력 스위칭 디바이스를 스위치 온 그리고 오프하기 위한 상기 디바이스 드라이버를 제어하기 위해 구성된 상기 드라이버 컨트롤러를 포함하는 제어측 회로를 가지는 전력 스위칭 장치가 더 제공될 수 있다. 상기 제어측 회로와 상기 디바이스측 회로는 절연(isolation)을 위해 통신 링크 정반대 단부(opposite ends)에 위치할 수 있고, 각각의 전원공급장치들에 의해 전력이 제공될 수 있다; 그러므로 적어도 하나의 디바이스와 관련 디바이스 드라이버(들)은 상기 드라이버 컨트롤러의 것과는 분리된 전원공급장치에 의해 전력이 제공될 수 있다. 이러한 전력 스위칭 장치는 예를 들어, 바람직하게는 다수의 페이즈 레그들 및/또는 상기/각각의 페이즈 레그의 각각의 절반에서 다수의 고전압 전력 스위칭 디바이스들을 포함하는, 인버터가 될 수 있다. 상기 인버터는 예를 들어 전 기자동차에서의 사용을 위한, 기관차 견인 또는 해양 구동들을 위한, 산업 모터 구동, 윈드 터빈 또는 솔라 인버터, 데이터 센터 무정전 전원 공급장치를 위한, 또는 전기 그리드(electricity grid)를 위한 고전압 DC 하부구조(infra structure)를 위한 것이 될 수 있다.
전력 스위칭 장치가 더 제공될 수 있으며, 상기 전력 스위칭 디바이스가 JFET, MOSFET와 같은 FET 또는 IGBT를 포함하며, 상기 디바이스 드라이버가 상기 IGBT 또는 FET의 게이트를 구동하기 위해 배치된다.
추가적 측면에서 본 발명은 전력 반도체 스위칭 디바이스 컨트롤 시스템에서 구성/측정 데이터를 통신하는 방법을 제공하며, 상기 전력 반도체 스위칭 디바이스 컨트롤 시스템은 코디네이팅 컨트롤 시스템과 복수의 스위칭 디바이스 컨트롤러들을 포함하며, 상기 복수의 스위칭 디바이스 컨트롤러들 각각은 코디네이팅 컨트롤 시스템에 결합되고 각각 하나 이상의 전력 반도체 스위칭 디바이스들로 구성되며; 상기 방법은 하나 이상의 상기 스위칭 디바이스 컨트롤러들을 스위칭 제어하기 위한 데이터를 포함하는 제어 데이터를 보내는 단계; 상기 코디네이팅 컨트롤 시스템에서 수신확인신호를 수신하는 단계를 포함하되, 상기 수신확인신호는 선단 및 후단(leading and tailing edges)을 가지는 펄스를 포함하며, 그리고 상기 선단 및 후단들 간 타이밍 간격이 상기 수신확인신호가 유효한 신호가 되는 범위내 허용 편차를 가지는 것을 포함하며, 상기 방법은: 상기 수신확인신호가 인코딩된 수신확인신호가 되도록 상기 허용 편차에 의해 정의된 타이밍 윈도우(timing window)내에서 상기 구성/측정 데이터를 상기 수신확인신호로 인코딩 하는 단계; 상기 스위칭 디바이스 컨트롤러로부터 상기 코디네이팅 컨트롤 시스템으로 상기 인코딩된 수신확인신호를 보내는 단계; 및 상기 코디네이팅 컨트롤 시스템에서 상기 인코딩된 수신확인신호로부터 상기 구성/측정 데이터를 디코딩하는 단계;를 더 포함하며, 상기 구성/측정 데이터는 상기 스위칭 디바이스 컨트롤러 또는 상기 전력 반도체 스위칭 디바이스 각각의 구성 또는 측정 관련 데이터를 포함한다.
일부 바람직한 실시예에서 상기 인코딩은 상기 수신확인 신호가 유효하도록 상기 수신확인 펄스의 지속시간 허용 편차내에 상기 구성/측정 데이터를 인코딩하기위한 타이밍 구간을 변화시키는 것을 포함한다.
본 발명은 기존 전력 반도체 스위칭 디바이스 컨트롤 시스템에 구성/측정 능력을 새로 부가하는 방법(retrofitting) 또한 제공하는데, 이 기술을 사용하여 상기 시스템 내 유효한 수신확인신호의 타이밍 허용범위(tolerance) 내에 구성/측정 데이터를 인코딩한다.
바람직한 실시예들은 추가 종속항들에 정의된다.
어느 하나 이상의 상기 측면들은, 상기 바람직한 실시예들의 하나 이상의 상기 선택적 특징들의 조합과 함께 또는 조합 없이, 임의의 순서로 조합될 수 있다.
변조된 디바이스 드라이버는 기존 기능을 제공하기 위한 - 특히 스위칭 신호에 대한 응답으로서 드라이버 컨트롤러에 의해 인식가능한 수신확인신호를 드라이버 컨트롤러에 제공하기 위해 - 상기 기존의 드라이버 컨트롤러와 통신하는 것을 지속할 수 있다. 그러므로, 전력 스위칭 장치나 이러한 장치를 위한 디바이스 드라이버는 어떤 추가 송신기 및/또는 디바이스 드라이버로부터 드라이버 컨트롤러로의 감지된 신호의 통신을 위한 통신 링크의 필요 없이, 감지 능력을 부가하기 위해 개조할 수 있다.
또한, 어떤 부가적인 통신 수단들 없이 포괄적인 모니터링 기능을 제공하기 위하여 상기 고전압 스위칭 디바이스의 어떤 하나 이상의 파라미터들을 모니터 하는 것이 가능할 수 있다.
본 발명의 전력 스위칭 장치 또는 그러한 장치를 위한 드라이버 컨트롤러는 상기 디바이스 드라이버에서 상기 디바이스 컨트롤러로 감지된 신호의 통신을 위한 통신 링크 없이 및 또는 어떤 추가 수신기 없이, 모니터링 능력을 더함으로 개선(retrofit)될 수 있다.
인버터 같은 전력 스위칭 장치의 고전압 스위칭 디바이스들의 기존 네트웍을 구동하기 위한 각각의 드라이버 컨트롤러-디바이스 드라이버 쌍은, 유리하게는, 크기, 비용 및/또는 복잡성이 더해지는 추가 통신 수단들을 필요로 하지 않고, 모든 디바이스의 모니터링을 허용하기 위해 업데이트 될 수 있다.
그리고, 전력 스위칭 장치의 기존 드라이버 컨트롤러는 상기 드라이버 컨트롤러에 의해 교체될 수 있으며,바람직하게는, 본질적으로 상기 장치의 기존 기능의 저하없이, 특히 상기 디바이스 드라이버(들)의 제어가 교체 이전과 본질적으로 계속되도록 허용한다. 또한, 일 실시예의 상기 드라이버 컨트롤러는 상기 고전압 전력 스위칭 디바이스(들)의 모니터링, 상기 디바이스(들)의 모니터링을 위해 수신확인신호에 인코딩된 모니터링 데이터를 유리하게 검출하며 따라서, 예를 들어, 어떠한 추가 통신 링크없이 기존 회로의 최소 수정으로 바람직하게 달성 제공된다.
본 발명은 기존 전력 반도체 스위칭 디바이스 컨트롤 시스템에 구성/측정 능력을 새로 부가하는 방법(retrofitting) 또한 제공하는데, 이 기술을 사용하여 상기 시스템 내 유효한 수신확인신호의 타이밍 허용범위(tolerance) 내에 구성/측정 데이터를 인코딩한다.
본 발명의 더 나은 이해와 본 발명과 동일한 것이 어떻게 실시되는 지를 보이기 위해, 예시로서 첨부된 도면들에 의해 참조가 될 것이다:
도 1a와 1b는 (a) 인버터의 싱글 레그(single leg) (인버터는 하나 이상의 이러한 레그들을 가지고, 상기 레그의 각각의 절반은 하나 이상의 IGBTs 같은 하나 이상의 전력 스위칭 디바이스들을 가짐); 및 (b) 전력 스위칭 디바이스 네트워크를 포함하는 예시적인 멀티플 페이즈 레그(multiple phase leg) 인버터를 도시한다.
도 2a와 2b는 각각 인버터 같은 전력 스위칭 장치내의 제어 회로 블록들; 이러한 장치는 하나 이상의 페이즈 레그들 중 각 페이즈 레그의 절반에서 하나 이상의 전력 스위칭 디바이스들을 가질 수 있고, 각 디바이스 드라이버 2는 각각의 드라이버 컨트롤러 1에 결합될 수 있고, 및/또는 복수의 디바이스 드라이버 2는 하나의 드라이버 컨트롤러 1에 공통 결합될 수 있다; 및 도 2a에 대한 대체가능한 배치를 도시한다.
도 3은 광 신호를 도시하며, 여기서 전력 스위칭 디바이스는 섬유(Fibre) Rx 라인에 광을 사용하여 턴온되고 이 때 턴-온(turn-on)신호의 수신확인은 섬유(Fibre) Tx 라인을 통해 '광 없음(no light)' 펄스로 전송된다.
도 4는 일 실시예에 따른 광 시그널링(optical signaling)를 도시하며, 여기서 전력 스위칭 디바이스는 도 3에서처럼 턴온되나 섬유(Fibre) Tx 라인에서 상기 수신확인 펄스의 지속시간은 데이터 '0'을 표시하는 데 0.8마이크로초(us) 또는 데이터 '1'을 표시하는 데 1.6마이크로초이다.
도 5는 일 실시예를 수행하기 위한 상기 게이트 드라이버에/에서의 회로의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 6은 일 방법 실시예의 상기 디바이스측의 변조와 상기 컨트롤 측의 복조와 관련된 방법 실시예의 흐름도를 나타낸다.
도 2a는 인버터 같은 전력 스위칭 장치 4의 일 실시예를 도시한 것이며, 상기 장치는 게이트 드라이버들 2 형태의 각 디바이스 드라이버들에 의해 제어되도록 결합된 하나 이상의 전력 스위칭 디바이스들 5a, 5b 를 포함한다. 상기 디바이스 드라이버들은 제어측에서 예를 들어 게이트 드라이버 컨트롤러 1 같은 적어도 하나의 드라이버 컨트롤러에 의해 제어되도록 결합된다.
도 2a의 상기 전력 스위칭 디바이스들 5a, 5b는 IGBTs로 도시되나, 부가적으로 또는 대체하여 하나 이상의 FETs(예컨대, MOSFETS 또는 JETs), LILETs, SCRs 등을 포함할 수 있다. 각각의 이러한 디바이스 5a, 5b 는 역전압들과 전류들로부터의 상기 스위칭 디바이스의 보호를 위해 병렬연결된 선택적인 프리휠 다이오드(optional freewheel diode)를 가지는 것으로 도시된다.
각 디바이스 드라이버와 해당 드라이버 컨트롤러 간의 결합은 바람직하게는 트랜스포머(transformer)- 또는 옵토-커플링(opto-coupling)에 의한 전압 절연(voltage isolation)을 제공한다. 그러므로 도 2a의 각 양 방향 링크 3은 광섬유(예를 들어, 양방향 통신을 위한 광섬유, 또는 각 방향에 대한 각각의 그러한 섬유) 또는 변압기를 포함할 수 있다.
당업자는 도 2a에 도시되지 않은 회로가 존재할 수 있으며, 특히 하나 이상의 전력 스위칭 디바이스들이 전원공급장치 레일들(예를 들어 VSS 그리고 0V)까지의 라인들 어느 한쪽 또는 양쪽에 존재할 수 있다는 것을 인식할 것이다- 이러한 라인들은 이를 표시하기 위해 도 2에서 단속(interrupted)된다.
도 2b의 확장된 다이어그램은 유사하나, 더 큰 규모의 시스템을 도시한다. 상기 시스템 내에는 단일의 제어가능한 스위치 202가 예를 들어 각각이 실리콘 카바이드 다이(silicon carbide die)를 포함하는 9개의 전력 반도체 스위칭 디바이스들 210, 전압레벨을 만들기 위해 병렬 연결된 다수의 디바이스들, 그 다음 직렬연결된 상기 전압레벨들에 직렬로 접속되는 다수의 디바이스들 세트를 포함한다. 다른 배치들에서, 단일의 스위칭 디바이스 컨트롤러는 두 개 이상의 스위치들 또는 디바이스 다이들을 제어 할 수 있다. 각 스위치 210은 서브-컨트롤러들 (sub-controllers) 120a, b 중 하나와 교대로 결합되는 각각의 스위칭 디바이스 컨트롤러 130을 가진다. 도시된 바와 같이 각 스위칭 디바이스 컨트롤러를 위한 하나의 버스가 존재하도록 별도의 버스가 서브-컨트롤러와 스위칭 디바이스 컨트롤러 사이에 있지만, 이는 예시일 뿐이다. 고전압 및/또는 고전류에서 수백 또는 잠재적으로 수천의 반도체 스위칭 디바이스들의 다수 스위치들을 가지는 전력 전기회로는 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있고, 상기 스위칭 디바이스 컨트롤러 시스템은 그들이 동기적으로, 실제로는 거의 동시에 스위치되기 위한 이러한 디바이스들의 스위칭을 제어한다. 그러한 시스템에서 구성/측정 데이터를 운반하는 통신 오버 헤드를 감소시키는 것이 유리할 것이다. 또한 오직 제한된 형태로 존재하거나 존재하지 않는 그러한 능력들을 가진 기존 시스템을 개선(retrofit)할 수 있는 것이 유용할 것이다.
예를 들어 중앙 컨트롤러는 바람직하게는 가능한 한 짧은 지연시간으로, 스위칭 디바이스 컨트롤러들로부터 상위 레벨 고장 정보(high-level fault information)를 수신하기 위한 메커니즘을 갖는 것이 바람직하다 - 이는 정정 조치(correction action)를 취하기 위해 고장 상태(fault conditions)들을 검출하는데 사용될 수 있다. 특히, 상기 중앙 컨트롤러가 바람직하게는 전체적인 통신지연이 가능한 작도록, 고장 진단(fault dignosis), 초기의 디바이스 구성을 스위칭 디바이스 컨트롤러들(SDs)과 서브 컨트롤러들(SCs)에게 문의하고, 고장 예측(progonosis) 등을 위한 측정 데이터를 읽기 위한 메커니즘을 기술한다.
반환된 측정 데이터는, 예시의 목적으로만, 전류 또는 전압 데이터; 전류 혹은 전압 데이터의 변화율; 온도 데이터; 또는 임의의 원하는/관련된 데이터를 포함할 수 있다. 그 결과는 코디네이팅 컨트롤 시스템(coordinating control system)에 의해 이용될 수 있는데, 예를 들어, 이 상황에서, 스위칭 디바이스들의 일부 또는 전부의 온도를 줄이기 위한 하나 이상의 액션(action), 그리고 상기 스위칭 디바이스들의 일부 또는 전부로부터의 전압을 줄이거나 제거하기 위한 액션 - 예를 들어 상기 회로의 또 다른 일부를 (반)영구적으로 오프 스위칭 함 - 을 포함할 수 있는 어떤 액션을 취할지를 판단하기 위해 이용될 수 있다. 하기 기술하는 상기 프로토콜의 일부 바람직한 실시예에서 단지 하나 또는 소수 비트의 데이터가 수신확인 프로토콜 내에 인코딩되어 있지만, 잠재적으로 송신 디바이스의 다른 식별자 또는 주소가 포함될 수 있다. 반환될 수 있는 예시적인 구성/제어 데이터는 스위칭 디바이스/노드가 슬립 모드(sleep mode), 셧다운 모드(shutdown mode) 등에 있다는 것을 정의하는 데이터이다.
도 3은 이러한 실시 예에서 동작가능한 제 1 시그널링 프로토콜(signaling protocol)을 도시한다. 구동 신호 - 예를 들어, IGBT의 온/오프 스위칭을 지시하는 데이터를 나타내는 스위칭 신호 - 는 상기 게이트 드라이버 컨트롤러 1에 의해 상기 게이트 드라이버 2로 송신된다. 예를 들어, 정상 동작(normal operation)에서, 광(light)은 상기 IGBT가 통전되도록 의도될 때마다 섬유(Fibre) Rx 선에 온(ON)으로 있을 수 있고, 다른 경우에는 오프(OFF)로 있을 수 있다. 상기 구동 신호에 대한 응답으로, 수신확인('ack')신호는 상기 게이트 드라이버 2로부터 상기 게이트 드라이버 콘트롤러 1로 상기 링크 3에 의해 전송된다. 이러한 수신확인신호는 상기 게이트 드라이버에서의 각 구동신호의 검출 즉, 상기 구동 신호의 각 스위칭 에지(전이(transition))의 검출에 응답하여 전송될 수 있다.
상기 게이트 드라이버 컨트롤러에서 수신된 상기 수신확인신호(바람직하게는 펄스)의 실제 지속시간, 예로, 700ns 또는 1us, 은 상기 링크 3에 연결된 수신기 및/또는 송신기 회로에서의, 예를 들어 이러한 회로의 임의의 RC 시정수와 관련된 커패시턴스로 인한 지연에 의존될 수 있다. 그러나, 일반적으로 상기 게이트 드라이버 컨트롤러는 상기 수신된 신호가 특정 요구사항, 즉 최소(예를 들어, 0.6us) 와 최대(예를 들어, 1.8us) 길이 이내의 지속시간을 갖거나 및/또는 상기 구동신호의 전송 후 미리 정해진 시간 간격, 예를 들어 전송 후 고정된 시간(예를 들어, 약 300ns)내에 및/또는 상기 전송과 관련된 최소 및/또는 최대 시간들로 정의된 간격이내에 도착하는 경우에만 유효한 수신확인 신호로서 인식한다.
따라서, IGBT는 섬유(Fibre) Rx 라인에 광(light)을 스위칭 온 함으로 턴온될 수 있고 섬유(Fibre) Tx 라인에 펄스에 의해 수신 확인될 수 있다. 섬유(Fibre) 광(light)의 각 온-오프 또는 오프-온 전이(transition)는 광 없음(no light)의 짧은 수신확인 펄스로 확인될 수 있는데, 이는 섬유(Fibre) Rx 라인에서의 전이(transition) 후 일반적으로 380ns 후에 일어난다. 상기 컨트롤러로 반환되는 유효한 수신확인 펄스는 최소 0.6us의 지속시간과 최대 1.8us의 지속시간을 가질 수 있다.
상기 게이트 드라이버로부터 상기 게이트 드라이버 컨트롤러로, 예를 들어 도 3 또는 도 4의 섬유(Fibre) Tx 라인을 통하여, 전송될 수 있는 추가적인 신호는, 고장 신호(fault signal)일 수 있다. 이러한 신호는 예를 들어 전력 스위칭 디바이스의 단락 회로(short circuit)를 지시할 수 있다. 일반적으로, 상기 고장 신호는 광 없음(no light)의 펄스이고 상기 수신확인신호보다 더 긴 지속 시간을 가짐으로써 상기 수신확인신호와 구별된다. 예를 들어, 유효한 수신확인 펄스의 지속시간이 0.6-1.8us라면, 상기 고장신호는 1.8us보다 더 긴 지속시간을 필요로 할 수 있다.
상기 게이트 드라이버 컨트롤러에서 유효한 수신확인신호의 검출은 일반적으로 적어도 상기 양방향 링크 3이 양방향으로 동작하고 상기 구동 신호가 상기 게이트 드라이버에서 수신되었다는 것을 나타내는 것으로 간주된다. 만약 상기 구동 신호의 전송 이후 기대한 대로 검출되지 않는다면, 이는 상기 광섬유 링크 3의 적어도 한 방향 채널이 적절히 동작하고 있지 않다는 것을 나타낸다. 예를 들어, 섬유(Fibre)가 연결이 끊어지거나 및/또는 부셔졌거나, 및/또는 관련 전기-광학 수신기(electo-optic receiver) 및/또는 송신기(transmitter) 회로에 고장이 발생한 것이다.
일 실시예는 도 3에와 같은 통신 프로토콜, 그러나 상기 전력 스위칭 디바이스의 상태(condition) 표시, 예를 들어 게이트 드라이브 모니터링 데이터, 를 도 4에서 도시된 것같은 변조된 수신확인 신호를 이용하여 전송하도록 수정된 통신 프로토콜을 구현한다. 이러한 일 실시예는 도 2에서 도시된 것 같은 구조에서 구현될 수 있다. 상기 실시예는 이러한 수정된 프로토콜에 따라, 및/또는 도 3에 따라 동작 가능하도록 구성될 수 있다. 도 4의 수정된 프로토콜에서, 상기 상태(condition)표시는 상기 게이트 드라이버에 대한 전송 섬유(Fibre)상 펄스의 타이밍을 변화시킴으로서, 예를 들어 폭을 변화시킴으로, 수신확인 펄스에 인코딩될 수 있다. 이는 수신확인 펄스상에 데이터 비트의 전송을 가능하게 한다. 예를 들어, 도 3의 수신확인 펄스는 스위칭 에지당 한 비트의 데이터를 제공하기위해 인코딩될 수 있다. 예시 타이밍들은 모니터링 데이터를 되돌려 보내기 위하여 데이터 '1'을 나타내기 위한 800ns 수신확인펄스로서, 그리고 데이터 '0'을 나타내기 위한 1600ns 수신확인신호로서 도 4에 도시된다.
보다 구체적으로, PWM을 사용해서, 유효한 이런 펄스의 최소 지속시간 이후에 발생하는 상기 수신확인신호의 끝단 전이(end transition)의 특정 타이밍, 예를 들어 상기 수신확인 펄스의 시작이후 1.6-1.8us 같은 상기 펄스의 "돈-케어(don't-care)" 영역 내, 은 데이터 비트를 나타낼 수 있다. 또는, 다수의 온/오프 전이(transition)들은 하나 이상의 부가적인, 상대적으로 짧은 펄스들을 제공하기 위하여 이러한 펄스/영역내에서 제공될 수 있다. 이러한 짧은 펄스들 각각은 홀로 또는 조합으로 데이터 비트(들)을 나타낸다.
유리하게는, 도 3에 따라 동작하도록 구성된 시스템의 게이트 드라이버 컨트롤러 1의 동작은 상기 컨트롤러가 도 4에 따라 동작되도록 구성된 대체 게이트 드라이버(substitute gate driver) 2와 결합될 때 본질적으로 영향을 받지 않는다. 유사하게, 도 3에 따라 동작하도록 구성된 시스템의 게이트 드라이버 2의 동작은 도 4에 따라 동작하도록 구성된 대체 게이트 드라이버 컨트롤러(substitute gate driver controller) 1에 결합될 때 본질적으로 영향을 받지 않는다. 또한, 기존 전력 스위칭 장치는 일 실시예의 게이트 드라이버 컨트롤러 1 및/또는 게이트 드라이버 2로 개선(retrofit)될 수 있고 본질적으로 전처럼 계속해서 기능할 수 있다.
상기 수신확인신호 내에 인코딩된 상기 데이터는 상기 전력 스위칭 디바이스의 스테이터스(status) 관련된 1 비트 표시가 될 수 있다. 예를 들면, 모니터링되는 상기 스테이터스(status)에 따라 온/오프 '1'/'0' 또는 '참'(true)/'거짓'(false)로 나타낸다. 예를 들어, 스테이터스(status)표시는 온도, 상기 전력 스위칭 디바이스를 가로지르는 전압(예: Vce) 및/또는 전력 스위칭 디바이스를 통과하는 전류(예: Ic)같은 파라미터(들)이 바람직하게는, 디바이스 데이터시트에서 제공되는 디바이스 등급들(device ratings)에 상응하는 미리 프로그램된 허용치(들)내에 있는지에 관련될 수 있다. 한 비트 데이터 전송은 일반적으로 이러한 스테이터스(status)표시를 제공하기에 충분할 수 있다.
부가적으로 또는 선택적으로, 수신확인신호(들) 내에 인코딩된 데이터는 상기 전력 스위칭 디바이스의 파라미터 측정값, 예를 들어 상기 디바이스의 온도, 전압 (예: 콜렉터 전압 Vc 또는 콜렉터-에미터 전압 Vce)또는 전류(예: 콜렉터 전류 Ic) 또는 예를 들어 절대적 또는 상대적 시간같은 이벤트 타이밍, 또는 상기 디바이스의 스위칭(턴-온 또는 턴-오프) 또는 이러한 전압 또는 전류에서의 피크같은 지속시간을 나타낼 수 있다.
상기 측정된 파라미터는 상기 전력 스위칭 디바이스를 포함하는 장치의 공급 전류 또는 공급 전압 같은 파라미터의 추정 또는 계산을 허용하는 지표가 될 수 있다. 예를 들어, 상기 총 공급 전압은 전력 스위칭 디바이스들의 상기 네트워크 구성에 따라, 전력 스위칭 디바이스를 가로지르는 전압의 다수의 전송된 측정값으로 추정될 수 있다.
유리하게는, 상기 전체(full) 공급 전압과 같은 파라미터들은 상기 게이트 드라이버와 게이트 드라이버 컨트롤러 간 통신을 위한 추가 광섬유 및/또는 전기-광(electro-optic) 수신기 및/또는 송신기같은 부가적인 통신 구성요소들을 요구하지 않고도 모니터링될 수 있다. 임의의 이러한 부가 회로의 제공은 회로 설계시 상기 전력 스위칭 장치에 존재할 수 있는 고전압들을 고려한 전압 절연(voltage isolation)을 필요로 하기 때문에 일반적으로 어렵다.
예를 들어 온도, 고장 상태(fault condition), 프로그램 가능한 저항값, 제어되기 위한 디바이스 전압(예: 디바이스 콜렉터 전압)에 대해 상대적인 드라이버의 피드백 제어의 기준전압 등과 같은 상기 디바이스의 게이트 드라이버의 하나 이상의 파라미터들은 유사하게 모니터 될 수 있다.
수신확인신호가 스위칭 신호에 응답이라는 것이 장점으로 취해질 수 있다. 예를 들어, 상기 디바이스의 턴온/턴오프는 디바이스측 파라미터들을 샘플링하기 위한 샘플링 윈도우로 사용될 수 있다; 턴온/턴오프가 정기적으로 발생하면, 이러한 샘플링은 예를 들어 1kHz같은 평균적인 속도로 발생할 수 있다. 이 점에서, 파라미터 샘플링은 본질적으로 턴-온(턴-오프) 시간, 바람직하게는 상기 디바이스가 상대적으로 긴 지속시간동안 온(오프)되어 있을 때 발생한다. 그러므로 상기 전력 스위칭 디바이스 전류는 본질적으로 안정적이며, 그 결과 낮은 노이즈(noise), 즉 낮은 EMI, 상태들(conditions)이 측정시에 존재한다. 그럼에도 불구하고, 어떤 형태의 메모리가 제공되는 경우, 파라미터가 측정되고 추후에 상응하는 측정 데이터가 수신확인신호(들)내에서 전송된다는 것은 주목해야 한다.
상기 기술된 바와 같이 상기 스테이터스 또는 이러한 파라미터들의 모니터링은 상기 드라이버 컨트롤러-또는 하나 이상의 드라이버 컨트롤러들로부터의 상태(conditon) 표시(들)을 수신하기 위해 결합된 중앙 제어 설비-에서 예를 들어 상기 전력 스위칭 디바이스 및/또는 드라이버의 고장 가능성의 경고로서 수행될 수 있다. 그 결과 모듈이나 디바이스의 교체와 같은 적절한 예방 조치가 취해질 수 있다.
상기 하나 이상의 수신확인신호들에 인코딩된 데이터는 하기의 6개의 주요 파라미터들 중 하나 이상을 나타낼수 있다:
- 전력 스위칭 디바이스 게이트 전압 Vg, 또는 게이트-에미터 전압 Vge;
- 양의 이차 공급 전압(positive secondary supply voltage) V+, 예를 들어, 상기 통신링크의 게이트 드라이브측 절연 전원공급장치의 전압;
- 전력 스위칭 디바이스 콜렉터-에미터 포화 전압 Vcesat;
- 전력 스위칭 디바이스 콜렉터 전압 또는 콜렉터-에미터 전압 Vce;
- 전력 스위칭 디바이스 및/또는 게이트 드라이버에서의 주위 온도;
및/또는
- 전력 스위칭 디바이스 스위칭 시간 (명령 온으로부터(예: 상기 게이트 드라이버에서 상기 스위칭 신호의 검출로부터) Vce 포화까지의 시간).
하나 이상의 이러한 주요 파라미터들로부터, 예를 들면 상기 게이트 드라이버 컨트롤러에서 또는 그것에 결합된 중앙 제어 설비에서, 상기 전력 스위칭 디바이스의 하나 이상의 하기의 이차 파라미터들이 계산되거나 추측될 수 있다:
- 디바이스 Vge 평탄 전압(plateau voltage)
- 디바이스 게이트 전하 (예를 들어, 주어진 양만큼 상기 게이트를 스윙하거나, 풀 스위칭(full switching)을 달성하기 위하여 상기 게이트에 공급되어야 하는 전하, 이 전하의, 예를 들어, 5%, 10% 또는 20%만큼의, 의미있는 변화의 표시는 디바이스의 마모 또는 못쓰게 됨(wear-out)을 표시할 수 있다; 이러한 변화는 예를 들어 (바람직하게는 일정한)게이트 전류 및/또는 이러한 게이트 전류를 공급하는 시간을 모니터링함으로 검출될 수 있으며, 상기 게이트 전압을 미리 정해진 양만큼 변경시키거나, 예를 들면 상기 최종 전류의 약 10%내에서 풀 스위칭(full switching)을 이룰 수 있다).
- 드라이버 공급 전류 (예로, 상기 디바이스 드라이버, 예를 들어, 게이트 드라이브가 얼마나 많은 전류를 소비하는지 - 이러한 전류의 비율이 상기 디바이스를 스위치하는데 사용되기 때문에, 이러한 전류가 사용될 수 있는 시간은 상기 디바이스에 공급되는 전하를 표시하며, 게이트 전하와 상관관계가 있다; 그러므로 일 실시예의 상태(condition) 표시는 게이트 드라이브 공급 전류를 표시할 수 있고 상기 제어측은 상기 변화에 대한 표시들을 모니터할 수 있다. 예를 들면, 5%, 10% 또는 20%의 변화는 디바이스 마모 또는 못쓰게 됨(wear-out)을 표시할 수 있다).
- 디바이스 콜렉터 과전압 (상기 디바이스(예: IGBT)의 턴-오프시, 상기 콜렉터에서 측정되는 전압(Vce)은 회로의 부유 인덕턴스(stray inductance) 때문에 오버슈트가 발생할 수 있다; 이러한 오버슈트는 특정한 한계치(limits) 이내로 유지되지 못하면 상기 디바이스를 손상시킬 수 있다. 상기 디바이스 드라이버는 바람직하게는 이 값을 제한하는 회로를 사용한다. 일 실시예에서 전송된 상태(condition) 표시가 상기 Vce값을 인코딩하는 데, 상기 표시는 제한회로가 작동되는지, 또는 이러한 회로가 장착되지 않았는지를 체크하기 위해서나, 상기 디바이스가 자신의 사양(specification)내에서 구동되고 있는지를 체크하기 위해서 제어측에서 모니터될 수 있다.)
- 디바이스(예: IGBT) 온도
- 디바이스 콜렉터 전류 Ic
- 디바이스 dVce/dt
전술한 바와 같이, 일 실시예는 각 수신확인 신호내에서 단일 비트의 정보를 전송할 수 있다. 그러므로, 1 비트 이상을 필요로 하는 값은 일련의 바람직하게는 연속된 수신확인신호들로 표현될 수 있다. 이와 관련하여, 모니터링 데이터는 아날로그 - 디지털 변환기 (ADC)에 의해 샘플링 될 수 있다. 마이크로컨트롤러는 데이터 패킷을 조립할 수 있고 이러한 데이터를 직렬화하여, 데이터가 '0' 또는 '1'인 때 적절히 상기 폭을 변경시키는 상기 섬유(Fibre) 출력을 구동하기 위한 프로그래머블 로직 디바이스, 예를 들어 복합 프로그래머블 로직 디바이스(CPLD), PAL 또는 FPGA에 적용한다. 도 5의 상기 실시예 블록 다이어그램은 이와 같이 값들을 전송하는데 적합할 수 있다.
도 5는 상기 링크 3의 게이트 드라이버측에서의 마이크로 컨트롤러(uC), 바람직하게는 상기 게이트 드라이버 2의 주요/유일한 마이크로 컨트롤러를 도시한다. 상기 uC는 상기 샘플/홀드 회로에 의해 샘플링되어 상기 마이크로컨트롤러에 입력되는 아날로그 신호들을 변환하는 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 포함한다. (선택적으로, 상기 ADC는 상기 마이크로컨트롤러 외부에 있을 수 있다). 하나 이상의 상기 아날로그 신호(들)을 샘플링하는 타이밍은 상기 샘플/홀드 회로로의 입력을 이용하여 마이크로컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 온도 값은 상기 온도센서('TEMP SENSOR')로부터 디지털 값으로 직접 제공될 수 있거나, 유사하게 상기 아날로그 신호들로 샘플링 되거나 변환될 수 있다. 결과 디지털 데이터는 상기 섬유(Fibre)_TX 라인 같은 통신링크를 통해 상기 게이트 드라이버 컨트롤러로의 출력을 위하여 상기 uC로부터 바람직하게는 프로그래머블 로직 디바이스(PLD)로 구현된 회로로 제공된다. 상기 PLD는 바람직하게는 상기 기술된 바와 같이 상기 마이크로컨트롤러로부터의 상기 디지털 데이터에 따라, 하나 이상의 수신확인신호들을 변조하도록 구성된다.
그러므로, 상기 마이크로-컨트롤러 (uC) 는 하기 단계를 수행할 수 있다:
1. ADC(들)을 이용하여 전압(들) 및/또는 온도(들)을 샘플링
2. 체크섬(checksum) 계산
3. 헤더, 값들 및 체크섬을 시프트 레지스터(shift register)에 기록
4. 수신확인신호당 하나, 예를 들어 상기 스위칭 신호의 에지(edge)당 하나씩 비트들을 시프트 아웃
5. 1단계로 감
상기 수신확인 신호들에서 시프트 아웃된 상기 데이터의 포맷은, 예를 들어, 하나의 64 비트 패킷, 은 예를 들면 다음과 같다:
[16-bit] 헤더
[16-bit] 카운트
[16-bit] 온도
[16-bit] ADC0
[16-bit] ADC1
[16-bit] ADC2
[16-bit] ADC3
[16-bit] 체크섬.
상기 ADC 채널 0-3은 하기 전압들과 같은 하나 이상의 측정된 상태들(conditions)을 통신(communicate)하기 위해 사용될 수 있다:
ADC0: Vge　 　　　　 　게이트 전압
ADC1: Vdd　　 　　　 　양의 공급전압 (커뮤니케이션 링크의 게이트 드라이브 측의 절연된 PSU로부터의 2차 출력)
ADC2: Vcesat　　 　포화전압 (상기 IGBT가 온(ON)일 때, 측정된 Vce <50V)
ADC3: Vce　　 　　 　 콜렉터 전압 (상기 디바이스가 오프(OFF)일 때 측정된)
바람직하게는, 상기 헤더는 상기 수신기가 상기 데이터에 동기화하는 것을 가능하게 한다. 상기 카운트는 패킷들이 식별될 수 있도록 증가할 수 있다. ADC0-3은 상기 측정된 파라미터들, 예를 들어 전압들, 에 해당하는 아날로그-디지털 채널들이다. 상기 체크섬은 바람직하게는 데이터 손상 및/또는 상기 수신기의 잘못된 동기화(mis-synchronisation)의 이벤트 발생시 유효하지 않은 데이터로 판단되는 것을 가능하게 한다.
그러나 이 프로토콜을 게이트 드라이브에서 모아진 임의 분량의 정보를 기록하기 위해 확장하는 것도 가능하다.
수신확인 신호당 하나 또는 다수 비트들이 상기 수신확인 펄스의 임의의 하나 이상의 다양한 타입들의 변조- 예를 들어 진폭 변조 (AM; 예를 들면, 멀티 레벨 (2, 3 또는 그 이상 레벨들) 디지털 데이터 인코딩), 주파수 변조 (FM), 펄스 폭 변조 (PWM), 등- 에 의해 인코딩 되도록 상기 실시예에 변형들이 더 만들어 질 수 있다. 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 주파수 변조를 위해, 상기 실시예는 상기 데이터에 따라 상기 광(light) 파장을 변경할 수 있도록 구성될 수 있다; 그러므로 이러한 일 실시예는 파장 변환을 위해 상기 디바이스 드라이버측에서 송신기와, 상기 파장 변환된 신호로부터 데이터를 복구하기 위한 제어측 수신기를 포함할 수 있다. 반면, 진폭변조를 구현하는 일 실시예는 수신기로 떨어진 광(light)의 상이한 레벨들을 구별할 수 있는 수신기를 필요로 할 수 있다.
상기 기술 측면에서, 일부 실시예들의 이점은 예를 들어, 여분의 광섬유같은 어떤 부가 통신 링크 없이 파라미터가 기존 광 링크를 통해 원격으로 측정될 수 있게 하는 것이다. 또한, 인코딩된 수신확인 펄스를 전송하도록 구성된 일 실시예의 게이트 드라이버는 기존 게이트 드라이버 컨트롤러의 기존의 동작과 호환될 수 있다. 유사하게, 인코딩된 수신확인 펄스 수신 및 응답을 위해 구성된 실시예의 게이트 드라이버 컨트롤러는 기존 게이트 드라이버의 기존의 동작과 호환될 수 있다. 따라서, 일 실시예의 구성요소들은 기존 드라이브 회로와 잘 역호환된다.
더욱이, 실시예들은 상기 통신 프로토콜을 작동하는 게이트 드라이브를 제어하는지 여부를 '알고'있는 기존 시스템 컨트롤러없이도 모니터링 데이터를 상기 드라이브로부터 내보내는 것을 허용할 수 있다. 이 경우, 상기 데이터 인코딩을 위한 상기 수신확인 펄스의 타이밍 변경은 바람직하게는 상기 수신확인 펄스의 유효한 수신확인 펄스로서의 인식과 연관된, 최소 및/또는 최대 지속시간 같은 제약들 내에서 이루어진다. 따라서, 기존 시스템 컨트롤러는 어떤 수정도 필요없이 게이트 드라이브 컨트롤을 제공할 수 있으므로, 예를 들어, 바람직하게는 기존 게이트 드라이버 컨트롤러의 기존의 동작에 아무런 영향을 미치지 않는다.
실시예들의 구체적인 장점들은 1) 기존 게이트 드라이브 컨트롤이 계속해서 정확하게 기능하는 동안 더 복잡한 진단기능들의 허용; 및/또는 2) 게이트 드라이브 사용자들에게 다수의 전력 디바이스들을 포함하는 기존의 구성에서, 본 통신 프로토콜 기능을 가지기 위하여 어떤 게이트 드라이브(들)을 스왑 아웃(swap out)할지에 관한 선택을 허용하는 것을 포함한다.
본 발명은 예를 들어 내장된 프로세서에서 상기 기술된 시스템과 제어 절차들을 구현하기 위한 프로세서 컨트롤 코드를 더 제공한다. 상기 코드는 디스크, CD-ROM, DVD-ROM, ROM 같은 프로그램 메모리(펌웨어) 같은 캐리어(carrier)나, 광 또는 전기 신호 캐리어같은 데이터 캐리어로 제공될 수 있다. 본 발명의 실시예들을 구현하기 위한 코드(및/또는 데이터)는 C, 어셈블리 코드, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 나 FPGA (Field Programmable Gate Array)를 설정하거나 제어하기 위한 코드, 또는 Verilog(Trade Mark)나 VHDL(Very high speed integrated circuit Hardware Description Language)같은 하드웨어 기술 언어 코드 같은 기존의 프로그래밍 언어의 소스, 오브젝트 또는 실행 코드를 포함할 수 있다. 당업자라면 이해할 바와 같이 이러한 코드 및/또는 데이터가 서로 통신하는 복수의 결합된 컴포넌트들 사이에 분산될 수 있다.
의심할 여지없이 다른 효과적인 대안들이 당업자에게 생길 것이다. 예를 들어, 유효한 수신확인신호의 타이밍 허용범위(timing tolerance) 내의 인코딩 구성/측정 데이터를 설명하고 있지만, 본 발명의 측면들은 예를 들면, 구성/측정 데이터가 스위칭 디바이스 컨트롤러로부터 코디네이팅 시스템 컨트롤러로 반환된 신호 - 바람직하나 필수적은 아닌 수신확인신호 - 의 다른 어떤 파라미터의 허용범위(tolerance) 이내에 인코딩되도록 하는 다른 접근 방법을 생각할 수 있다. 예를 들면 반환된 신호의 진폭 또는 주파수 허용범위(tolerance)는 코디네이팅 시스템 컨트롤러에 스위칭 디바이스 컨트롤러로부터 반환된 데이터를 인코딩하기 위해 사용될 수 있다. 상기 기술한 방법의 실시예들은, 특히 상기 허용된 오차 편차 이내에서 동작이 정상적으로 잘 되는 시스템에서 상기 신호내의 허용범위(tolerance)를 이용하여, 스위칭 디바이스 컨트롤러로부터 코디네이팅 시스템 컨트롤러로 반환되는, 수신확인신호와 같은, 신호의 파라미터내에 반환된 데이터를 인코딩하는 능력을 새로이 부가(retrofit)하는 것이 특히 유리하다는 것을 당업자는 이해할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 허용된 인코딩 기술(타이밍 값들 및/또는 비트수 등)은 상기 시스템의 동작 동안 학습될 수 있을 것이다.
본 발명은 상기 기술된 실시예들에 한정되지 않고 여기 첨부된 청구항들의 사상과 범위내 기술분야의 당업자에게 자명한 변형들을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다

Claims (23)

  1. 전력 스위칭 장치의 적어도 하나의 고전압 전력 스위칭 디바이스를 구동하기 위한 디바이스 드라이버에 감지 능력을 부가하는 방법에 있어서,
    상기 전력 스위칭 장치는 상기 적어도 하나의 디바이스와 상기 드라이버를 포함하는 디바이스 측 회로와 하나의 드라이버 컨트롤러를 포함하는 제어측 회로를 가지며, 상기 디바이스 드라이버는 상기 드라이버 컨트롤러에 통신 링크를 통해 결합되도록 배치되고, 상기 디바이스 드라이버는 상기 드라이버 컨트롤러로부터 상기 통신 링크 상에서 수신된 스위칭 신호에 대한 응답으로 상기 적어도 하나의 디바이스를 온 또는 오프 구동하기 위해 배치되며, 상기 디바이스 드라이버는 상기 수신된 스위칭 신호에 대한 응답으로 상기 드라이버 컨트롤러에 수신확인(acknowledgement)신호를 전송하기위해 더 배치되며, 상기 수신확인신호는 유효한 상기 수신확인신호로서 상기 드라이버 컨트롤러에서 검출 가능하며, 상기 방법은
    상기 디바이스측 회로의 상태(condition) 표시를 출력하기 위한 감지 회로를 제공하는 단계;
    변조된 수신확인신호가 상기 수신된 스위칭 신호에 대한 응답으로 상기 디바이스 드라이버에 의해 상기 드라이버 컨트롤러로 전송되기 위한 상기 수신확인신호이고 유효한 상기 수신확인신호로서 상기 드라이버 컨트롤러에서 검출 가능하도록 하기 위하여 상기 전송에 앞서 상기 상태 표시에 따른 상기 수신확인신호를 변조하기 위한 변조 회로를 제공하는 단계를 포함하는, 디바이스 드라이버에 감지 능력을 부가하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 드라이버 컨트롤러에서 검출가능한 상기 수신확인신호가 미리 정의된 최소 및/또는 최대 값들과 호환되는 지속시간을 갖는 것을 특징으로 하는 디바이스 드라이버에 감지 능력을 부가하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 상태(condition)가 디바이스측 회로의 스테이터스(staus) 또는 디바이스측 회로의 파라미터 측정 값을 나타내고, 그리고 상기 변조가 상기 스테이터스 또는 측정값을 상기 적어도 하나의 수신확인신호들로 인코딩 하기 위해 적어도 하나의 수신확인신호들을 변조하고 상기 또는 각각의 수신확인신호는 각각의 상기 스위칭 신호에 대한 응답으로 생성되는 것을 특징으로 하는 디바이스 드라이버에 감지능력을 부가하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스테이터스가 디바이스측 회로의 파라미터가 예를 들어 상기 전력 스위칭 디바이스가 상기 디바이스의 안전한 동작한도내에서 동작중인지를 표시하기 위한, 임계치이하인지를 나타내는 것을 특징으로 하는 디바이스 드라이버에 감지능력을 부가하는 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 파라미터가
    상기 디바이스의 온도, 전압 또는 전류; 또는
    상기 디바이스의 피크(peak) 전압 또는 피크 전류와 같은 이벤트의 타이밍(timing)을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 드라이버에 감지능력을 부가하는 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 파라미터가
    - 전력 스위칭 디바이스 게이트(gate) 또는 게이트-에미터(gate-emitter) 전압;
    - 상기 디바이스측 회로의 전원공급장치 전압;
    - 전력 스위칭 디바이스 콜렉터 - 에미터(collector-emitter) 포화 전압;
    - 전력 스위칭 디바이스 콜렉터(collector) 또는 콜렉터-에미터(collector-emitter) 전압;
    - 상기 디바이스측 회로의 주위 온도; 또는
    - 전력 스위칭 디바이스 스위칭 시간
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 드라이버에 감지능력을 부가하는 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 변조는 상기 상태(condition)를 나타내는 멀티-비트 값의 적어도 하나의 비트를 나타내기 위한 복수의 상기 수신확인신호들 각각을 변조하며, 그 결과 상기 디바이스 드라이버로부터의 상기 멀티-비트(multi-bit) 값을 전송하는 것을 특징으로 하는 디바이스 드라이버에 감지능력을 부가하는 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 변조는 상기 상태(condition)를 나타내는 멀티-비트 값의 복수의 비트들을 나타내기 위한 상기 수신확인신호를 변조하는 것을 특징으로 하는 디바이스 드라이버에 감지능력을 부가하는 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 수신확인신호가 펄스(pulse)를 포함하고 상기 변조는 조정된 지속시간이 유효한 상기 수신확인 펄스의 최소 지속시간과 최대 지속시간 사이가 되도록 상기 상태에 따른 상기 펄스 신호의 지속시간을 조정하는 디바이스 드라이버에 감지능력을 부가하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유효한 수신확인 펄스의 상기 최소 지속시간이 0.6us이고 상기 유효한 수신확인 펄스의 최대 지속시간이 1.8us인 것을 특징으로 하는 디바이스 드라이버에 감지능력을 부가하는 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 변조는 데이터 비트를 표시하기 위해서 상기 지속시간이 0.8us가 되도록 조정하고 그리고 또 다른 데이터 비트를 표시하기 위해서 1.6us가 되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 디바이스 드라이버에 감지능력을 부가하는 방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 변조는 주파수 변조, 진폭변조, 및/또는 펄스 폭 변조를 포함하는, 디바이스 드라이버에 감지능력을 부가하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 변조는 멀티-레벨(multi-level) 디지털 데이터의 인코딩을 위한 것임을 특징으로 하는, 디바이스 드라이버에 감지능력을 부가하는 방법.
  14. 전력 스위칭 장치의 적어도 하나의 고전압 전력 스위칭 디바이스를 구동하기 위한 디바이스 드라이버를 제어하는 드라이버 컨트롤러에 모니터링 능력을 부가하는 방법에 있어서, 상기 장치는 상기 적어도 하나의 디바이스와 상기 드라이버를 포함하는 디바이스 측 회로와 상기 드라이버 컨트롤러를 포함하는 제어측 회로를 가지며, 상기 드라이버 컨트롤러는 디바이스 드라이버에 통신 링크를 통해 결합되도록 배치되고, 상기 드라이버 컨트롤러는 상기 적어도 하나의 디바이스를 온 또는 오프 구동하여 상기 디바이스 드라이버를 제어하기 위해 상기 통신 링크를 통해 스위칭 신호를 전송하도록 배치되며, 상기 드라이버 컨트롤러는 상기 통신 링크로부터 수신확인신호를 수신하고 상기 스위칭 신호에 대한 응답으로 유효한 상기 수신된 수신확인신호를 검출하기 위해 더 배치되며, 상기 방법은
    상기 검출된 유효한 수신확인신호를 복조하여 상기 디바이스측 회로의 상태(condition)를 출력하는 복조회로를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 상태(condition)는 상기 수신확인신호에 인코딩된 것을 특징으로 하는 드라이버 컨트롤러에 모니터링 능력을 부가하는 방법.
  15. 드라이버 컨트롤러와 디바이스 드라이버를 포함하는 전력 스위칭 장치에 감지 및 모니터링 능력을 부가하는 방법에서, 상기 디바이스 드라이버는 적어도 하나의 고전압 스위칭 디바이스를 구동하기 위한 것이며, 상기 드라이버 컨트롤러는 상기 디바이스 드라이버를 제어하여 상기 디바이스를 스위치 온 및 오프하도록 배치되며, 상기 방법은 상기 디바이스 드라이버에 감지 능력을 부가하기 위한 제1항의 방법들과 상기 드라이버 컨트롤러에 모니터링 능력을 부가하기 위한 제14항의 방법을 포함하는 전력 스위칭 장치에 감지 및 모니터링 능력을 부가하는 방법.
  16. 전력 스위칭 장치의 적어도 하나의 고전압 전력 스위칭 디바이스를 구동하기 위한 디바이스 드라이버에 있어서, 상기 장치는 상기 적어도 하나의 디바이스와 상기 드라이버를 포함하는 디바이스측 회로와 드라이버 컨트롤러를 포함하는 제어측 회로를 가지며, 상기 디바이스 드라이버는 통신 링크에 의해 상기 드라이버 컨트롤러에 결합되어 배치되며, 상기 디바이스 드라이버는 상기 드라이버 컨트롤러로부터 상기 통신 링크를 통해 수신된 스위칭 신호에 대한 응답으로 상기 적어도 하나의 디바이스를 온 또는 오프 구동하기 위해 배치되며, 상기 디바이스 드라이버는 상기 수신된 스위칭 신호에 대한 응답으로 상기 드라이버 컨트롤러에 수신확인신호를 전송하기 위해 더 배치되며, 상기 수신확인신호는 유효한 상기 수신확인신호로서 상기 드라이버 컨트롤러에서 검출 가능하며, 상기 디바이스 드라이버는
    상기 디바이스측 회로의 상태(condition) 표시를 수신하기 위해 배치된 입력; 및
    상기 수신된 상태표시에 따른 상기 수신확인신호를 변조하기 위해 구성된 변조기를 포함하되, 상기 디바이스 드라이버는 상기 드라이버 컨트롤러에서 유효한 상기 수신확인신호로서 검출가능한 상기 수신확인 신호로서 상기 변조된 수신확인 신호를 전송하기 위해 구성되는 것을 특징으로 하는 디바이스 드라이버.
  17. 전력 스위칭 장치의 적어도 하나의 고전압 전력 스위칭 디바이스를 구동하기 위한 디바이스 드라이버를 제어하는 드라이버 컨트롤러에서, 상기 장치는 상기 적어도 하나의 디바이스와 상기 드라이버를 포함하는 디바이스 측 회로와 상기 드라이버 컨트롤러를 포함하는 제어측 회로를 가지며, 상기 드라이버 컨트롤러는 상기 디바이스 드라이버에 통신 링크를 통해 결합되도록 배치되고, 상기 드라이버 컨트롤러는 상기 적어도 하나의 디바이스를 온 또는 오프 구동하기 위한 상기 디바이스 드라이버를 제어하기 위해 상기 통신 링크를 통해 스위칭 신호를 전달하도록 배치되며, 상기 드라이버 컨트롤러는 상기 디바이스 드라이버로부터 상기 통신 링크를 통해 수신확인신호를 수신하고 유효한 상기 수신된 수신확인신호를 검출하기 위해 배치되며, 상기 드라이버 컨트롤러는
    상기 수신된 수신확인신호를 복조하도록 구성되어 상기 수신확인 신호에서 인코딩된 데이터를 알아내는 복조기; 및
    상기 알아낸 데이터에 기초한 상기 디바이스측 회로의 상태(condition) 표시를 제공하도록 구성된 출력을 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이버 컨트롤러.
  18. 적어도 하나의 고전압 전력 스위칭 디바이스를 구동하도록 구성된 제16항의 디바이스 드라이버와 적어도 하나의 고전압 전력 스위칭 디바이스를 가지는 디바이스측 회로, 그리고 상기 적어도 하나의 고전압 전력 스위칭 디바이스를 스위칭 온 그리고 오프하기 위한 상기 디바이스 드라이버를 제어하도록 구성된 제17항의 드라이버 컨트롤러를 가지는 제어측 회로를 포함하는 전력 스위칭 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 장치가 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력스위칭 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 전력 스위칭 디바이스가 JFET 또는 MOSFET와 같은 FET 또는 IGBT를 포함하며, 상기 디바이스 드라이버가 상기 IGBT 또는 FET의 게이트를 구동하기 위해 배치되는 전력 스위칭 장치.
  21. 전력 반도체 스위칭 디바이스 컨트롤 시스템에서 구성/측정 데이터를 통신(communicating)하는 방법에 있어서, 상기 전력 반도체 스위칭 디바이스 컨트롤 시스템은 코디네이팅 컨트롤 시스템과 복수의 스위칭 디바이스 컨트롤러들을 포함하며, 상기 복수의 스위칭 디바이스 컨트롤러들 각각은 상기 코디네이팅 컨트롤 시스템에 결합되고 각각 적어도 하나의 각 전력 반도체 스위칭 디바이스들로 구성되며; 상기 방법은
    적어도 하나의 상기 스위칭 디바이스 컨트롤러들을 스위칭 제어하기 위한 데이터를 포함하는 제어 데이터를 보내는 단계;
    상기 코디네이팅 컨트롤 시스템에서 수신확인신호를 수신하는 단계를 포함하되, 상기 수신확인신호는 선단 및 후단(leading and tailing edges)을 가지는 펄스를 포함하며, 그리고 상기 선단 및 후단들 간 타이밍 간격이 상기 수신확인신호가 유효한 신호가 되는 범위내 허용 편차를 가지는 것을 포함하며, 상기 방법은:
    상기 수신확인신호가 인코딩된 수신확인신호가 되도록 상기 허용 편차에 의해 정의된 타이밍 윈도우(timing window)내에서 상기 구성/측정 데이터를 상기 수신확인신호로 인코딩 하는 단계;
    상기 스위칭 디바이스 컨트롤러로부터 상기 코디네이팅 컨트롤 시스템으로 상기 인코딩된 수신확인신호를 보내는 단계; 및
    상기 코디네이팅 컨트롤 시스템에서 상기 인코딩된 수신확인신호로부터 상기 구성/측정 데이터를 디코딩하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 구성/측정 데이터는 상기 스위칭 디바이스 컨트롤러 또는 상기 전력 반도체 스위칭 디바이스 각각의 구성 또는 측정 관련 데이터를 포함하는 전력 반도체 스위칭 디바이스 컨트롤 시스템에서 구성/측정 데이터를 커뮤니케이팅 (communicating)하는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 인코딩은 상기 수신확인신호가 유효하도록 상기 펄스의 지속시간 허용편차내에 상기 구성/측정 데이터를 인코딩하기 위하여 상기 타이밍 간격을 변화시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 스위칭 디바이스 컨트롤 시스템에서 구성/측정 데이터를 커뮤니케이팅(communicating)하는 방법.
  23. 기존의 전력 반도체 스위칭 디바이스 컨트롤 시스템에 구성/측정 능력을 새로 부가하는(retrofit) 방법에 있어서, 상기 전력 반도체 스위칭 디바이스의 컨트롤 시스템은 코디네이팅 컨트롤 시스템 및 복수의 스위칭 디바이스 컨트롤러들을 포함하며, 상기 복수의 스위칭 디바이스 컨트롤러들 각각은 상기 코디네이팅 컨트롤 시스템과 결합되고 각각은 적어도 하나의 각 전력 반도체 스위칭 디바이스들을 제어하도록 구성되며; 상기 방법은
    상기 기존의 전력 반도체 스위칭 디바이스 컨트롤 시스템 내에서 상기 수신확인신호가 유효하도록 상기 펄스의 지속 시간의 허용 편차 내에 상기 구성/측정 데이터를 인코딩 하기 위해 제21항 또는 제22항의 방법을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기존의 전력 반도체 스위칭 디바이스 컨트롤 시스템에 구성/측정 능력을 제공하는 방법.

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