KR102117719B1 - 전력 반도체 회로 - Google Patents

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KR102117719B1
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코볼라 하랄드
쾨니그스만 군터
카젠버거 군터
도 나시멘토 싱거 야이르
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세미크론 엘렉트로니크 지엠비에치 앤드 코. 케이지
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Abstract

본 발명은, 전기적으로 병렬로 접속된 다수의 전력 반도체 스위치로서, 전력 반도체 스위치 중의 하나의 경우에 해당 전력 반도체 스위치의 제 1 및 제 2 부하 전류 접속부 사이에서 발생하는 전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되는 방식으로 전력 반도체 회로가 설계되도록 구성되는 다수의 전력 반도체 스위치, 및 전력 반도체 스위치를 구동하기 위한 구동 신호를 발생시키도록 설계되어 전력 반도체 스위치의 제어 접속부와 전력 반도체 스위치의 제 2 부하 전류 접속부에 전기적으로 접속되는 구동 유니트를 포함하며, 전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되지 않는 전력 반도체 스위치와 구동 유니트 사이에는 공통 모드 인덕터가 전기적으로 접속되고 전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되는 전력 반도체 스위치와 구동 유니트 사이에는 어떤 공통 모드 인덕터도 전기적으로 접속되지 않는 전력 반도체 회로에 관한 것이다.
본 발명은 전력 반도체 회로의 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치들 사이의 가능한 균일한 전류 분할과 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치 중의 하나의 경우에 제 1 및 제 2 부하 전류 접속부 사이에서 발생하는 전력 반도체 스위치 전압의 확실한 모니터링을 달성하는 전력 반도체 회로를 제공한다.

Description

전력 반도체 회로{Power semiconductor circuit}
본 발명은 전력 반도체 회로에 관한 것이다.
종래기술에서 알려진 전력 반도체 장치에서, 예를 들어 전력 반도체 스위치 및 다이오드 같은 전력 반도체 부품들은 일반적으로 기판상에 배치되며 기판의 도체층, 및 본딩 와이어 및/또는 막복합체에 의해 서로 전기전도적으로 접속된다. 전력 반도체 스위치는 이 경우에 예를 들어 IGBT (insulated-gate bipolar transistor) 또는 MOSFET (metal-oxide semiconductor field-effect transistors) 같은 트랜지스터 형태다.
이 경우에 기판상에 배치된 전력 반도체 부품들은 대부분의 경우 전기적으로 상호 접속되어 개별적 또는 다수의 소위 하프브릿지 회로(half-bridge circuit)를 형성하는데, 이 하프브릿지 회로는 예를 들어 전압 및 전류를 정류하고 변환하는데 사용된다.
높은 부하 전류에서는 이 경우에 개별 전력 반도체 스위치의 통전 용량(current-carrying capacity)이 불충분할 때에 다수의 전력 반도체 스위치들을 서로 병렬로 전기적으로 접속하여 상기 전력 반도체 스위치들을 함께 구동하여 이 스위치들이 함께 고전력 반도체 스위치를 형성하도록 할 필요가 종종 있다. 이 경우 가능하다면 병렬로 접속된 모든 전력 반도체 스위치들은 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치들 사이에 균일한 전류 분할을 이루기 위해 시간적으로 동기하여 스위치 온 및 스위치 오프되어야 한다.
이런 설계에서의 한 가지 결점은 부품 공차 때문에 그리고 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치에 이르는 공급 라인의 서로 다른 기생 인덕턴스 때문에 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치에 대하여 서로 다른 스위치 온 및 스위치 오프 시간이 발생한다. 스위치 온 및 스위치 오프 시간이 서로 다르면 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치의 에미터에서의 전위가 변동되며, 그 결과 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치들은 그 스위칭 응답의 관점에서 서로 영향을 주어 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치 사이의 불균일한 전류 분할이 생긴다.
이 문제점을 해결하기 위해, EP 1 625 660 B1는 모든 전력 반도체 스위치들이 전기적으로 병렬로 접속된 경우에 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치들을 구동하는 구동부와 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치 사이에 각각의 공통 모드(common-mode) 인덕터를 제공하는 것을 개시하는데, 상기 공통 모드는 EP 1 625 660 B1에서는 공통 모드 억제 인덕터라고 부른다.
전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치의 파괴나 손상을 야기할 수 있는 과전류를 확인하기 위해서는 매우 신속한 응답으로 과전류를 모니터링하는 것이 바람직하다. 이를 위해 해당 전력 반도체 스위치의 에미터와 콜렉터 사이에서 발생하는 전력 반도체 스위치 전압을 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치 중에서 하나만을 이용하여 모니터링하고, 해당 전력 반도체 스위치의 스위치 온 상태에서 이 전력 반도체 스위치 전압이 한계치를 초과하는 경우에 전기적으로 병렬로 접속된 모든 전력 반도체 스위치의 분리가 시작되는 것은 기술적으로 관용적인 것이다.
EP 1 625 660 B1에서 제안된 해결책의 한 가지 결점은 전술한 과전류 모니터링이 더 이상 적절히 기능하지 못하게 되는데 이는 전력 반도체 스위치 전압이 과전류 모니터링을 위해 모니터링되는 전력 반도체 스위치의 에미터에서 발생하는 전위의 변동에 의해 해당 공통 모드 인덕터의 제 2 권선에서 상당한 전압이 되며 제 2 권선은 전력 반도체 스위치의 에미터와 구동 유니트 사이에 전기적으로 접속되며 이에 의해 해당 전력 반도체 스위치의 명백히 지나치게 높은 전력 반도체 스위치 전압의 상황을 과전류 모니터링에 제공하고 따라서 과전류의 상황을 제공하기 때문이라는 것에 있다.
본 발명의 목적은 전력 반도체 회로의 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치들 사이의 가능한 균일한 전류 분할과 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치 중의 하나의 경우에 제 1 및 제 2 부하 전류 접속부 사이에서 발생하는 전력 반도체 스위치 전압의 확실한 모니터링을 달성하는 전력 반도체 회로를 제공하는 것에 있다.
상기 목적은, 전력 반도체 회로에 있어서,
서로 전기적으로 병렬로 접속되고 각각은 제 1 및 제 2 부하 전류 접속부 및 제어 접속부를 갖는 다수의 전력 반도체 스위치로서, 전력 반도체 스위치의 제 1 부하 전류 접속부는 서로 전기전도적으로 접속되고, 전력 반도체 스위치의 제 2 부하 전류 접속부는 서로 전기전도적으로 접속되며, 전력 반도체 회로는 전력 반도체 스위치 중의 하나의 경우에 해당 전력 반도체 스위치의 제 1 및 제 2 부하 전류 접속부 사이에서 발생하는 전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되는 방식으로 설계되도록 구성되는 다수의 전력 반도체 스위치, 및
전력 반도체 스위치를 구동하기 위한 구동 신호를 발생하도록 설계되어 전력 반도체 스위치의 제어 접속부 및 전력 반도체 스위치의 제 2 부하 전류 접속부에 전기적으로 접속되는 구동 유니트를 포함하며,
전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되지 않는 전력 반도체 스위치와 구동 유니트 사이에는 공통 모드 인덕터가 전기적으로 접속되거나, 또는 전력 반도체 회로가 단지 두 개의 전력 반도체 스위치를 갖는 경우에는 전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되지 않는 전력 반도체 스위치와 구동 유니트 사이에 공통 모드 인덕터가 전기적으로 접속되며,
전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되는 전력 반도체 스위치와 구동 유니트 사이에는 어떤 공통 모드 인덕터도 전기적으로 접속되지 않으며,
각각의 공통 모드 인덕터는 제 1 권선과 제 1 권선에 자기적으로 연결된 제 2 권선을 갖는데, 제 1 권선은 각각의 전력 반도체 스위치의 제어 접속부와 구동 유니트 사이에 전기적으로 접속되고, 제 2 권선은 각각의 전력 반도체 스위치의 제 2 부하 접속부와 구동 유니트 사이에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 회로에 의해 달성된다.
본 발명의 유리한 개발 형태들은 종속항에 개시되어 있다.
전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되는 전력 반도체 스위치의 제어 접속부와 구동 유니트 사이에는 별개의 코일이 전기적으로 접속되거나 또는 전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되는 전력 반도체 스위치의 제어 접속부와 구동 유니트 사이에 전기적으로 접속된 라인 주위에는 자기전도성 요소가 배치되는 것이 유리하다는 것이 증명되었다. 그 결과 전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되는 전력 반도체 스위치의 스위칭 응답이 전기적으로 병렬로 접속된 다른 전력 반도체 스위치의 스위칭 응답과 일치할 수 있다.
또한 전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되는 전력 반도체 스위치의 제 2 부하 접속부와 구동 유니트 사이에는 별개의 코일이 전기적으로 접속되거나 또는 전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되는 전력 반도체 스위치의 제 2 부하 전류 접속부와 구동 유니트 사이에 전기적으로 접속된 라인 주위에는 자기전도성 요소가 배치되는 것이 유리하다는 것이 증명되었다. 그 결과, 전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되는 전력 반도체 스위치의 스위칭 응답이 전기적으로 접속된 다른 전력 반도체 스위치의 스위칭 응답과 일치할 수 있다.
또한 자기전도성 요소는 페라이트 비이드 형태 또는 쪼개진 페라이트 코어 형태인 것인 것이 유리하다는 것이 증명되었는데 이들은 자기전도성 요소의 일반적인 설계를 나타내기 때문이다.
또한 전력 반도체 회로는 전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되는 전력 반도체 스위치의 스위치 온 상태에서 전력 반도체 스위치 전압이 한계치를 초과하는 경우 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치 모두의 스위칭 오프가 수행되는 방식으로 설계되는 것이 유리하다는 것이 증명되었다. 그 결과, 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치가 매우 신속하게 응답하는 확실한 과전류 모니터링이 얻어진다.
본 발명의 예시적 실시형태를 도면에 도시하고 이하에 보다 상세하게 설명할 것이다.
도 1은 전력 반도체 장치를 보여주는 회로도.
도 2는 본 발명에 따른 전력 반도체 회로를 보여주는 회로도.
도 3은 본 발명에 따른 전력 반도체 회로의 다른 설계를 보여주는 회로도.
도 1은 예로써 소위 3상 브릿지 회로 형태의 전력 반도체 장치(1)를 보여준다. 본 예시적 실시형태와 관련하여 전력 반도체 장치(1)는 본 발명에 따른 6개의 전력 반도체 회로(2)를 갖는다. 도 2는 본 발명에 따른 전력 반도체 회로(2)를 상세히 보여준다. 본 예시적 실시형태에 있어서, 각각의 프리휠링(freewheeling) 다이오드(3)는 전력 반도체 회로(2)와 전기적으로 역병렬로(antiparallel) 접속되는데, 여기서도 다수의 프리휠링 다이오드들은 각 전력 반도체 회로(2)와 전기적으로 역병렬로 접속될 수 있다. 도시한 예시적 실시형태와 관련하여, 전력 반도체 장치(1)는 DC 전압 접속부(DC+ 및 DC-)와 AC 전압 접속부(AC) 사이의 좌측에 공급된 DC 전압으로부터 3상 AC 전압을 발생시킨다.
전력 반도체 회로(2)는 다수의 전력 반도체 스위치(T1, T2, T3)를 갖는데, 이들 스위치는 서로 전기적으로 병렬로 접속되고 각각은 제 1 부하 전류 접속부(C), 제 2 부하 전류 접속부(E) 및 제어 접속부(G)를 갖는데, 전력 반도체 스위치(T1, T2, T3)의 제 1 부하 전류 접속부(C)는 서로 전기전도적으로 접속되고 전력 반도체 스위치(T1, T2, T3)의 제 2 부하 전류 접속부(E)는 서로 전기전도적으로 접속된다. 이 경우 전력 반도체 스위치(T1, T2, T3)에 대한 전기공급 라인은 기생 인덕턴스(Ls)를 갖는다. 본 발명에 따른 전력 반도체 회로는 전기적으로 병렬로 접속된 적어도 두 개의 전력 반도체 스위치를 가지며 물론 본 예시적 실시형태에서 전기적으로 병렬로 접속된 3개이 전력 반도체 스위치(T1, T2, T3)보다 많은 스위치도 가질 수 있음을 알아야 한다. 본 예시적 실시형태와 관련하여, 제 1 부하 전류 접속부(C)는 각각의 전력 반도체 스위치의 콜렉터 형태며 제 2 부하 전류 접속부(E)는 각각의 전력 반도체 스위치의 에미터 형태며 제어 접속부(G)는 각각의 전력 반도체 스위치의 게이트 형태다. 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치는 바람직하게는 예를 들어 IGBT(insulated-gate bipolar transistor) 또는 MOSFET(metal-oxide semiconductor field-effect transistor) 같은 트랜지스터 형태인데, 본 예시적 실시형태와 관련하여 전력 반도체 스위치(T1, T2, T3)는 IGBT 형태다.
또한, 전력 반도체 회로(2)는 전력 반도체 스위치(T1, T2, T3)를 구동시키기 위한 구동 신호를 발생시키도록 설계된 구동 유니트(4)를 갖는데, 이 구동 유니트(4)는 전력 반도체 스위치(T1, T2, T3)의 제어 접속부(G)에 전기적으로 접속되고 전력 반도체 스위치(T1, T2, T3)의 제 2 부하 전류 접속부(E)에 전기적으로 접속된다. 구동 유니트(4)는 이에 대응하여 설계된 구동 회로 형태인데, 이 구동 회로는 하나 또는 다수의 집적회로를 가질 수 있다.
구동 유니트(4)는 그 접속부(8)와 관련된 접속부(7)에서 따라서 전력 반도체 스위치의 제 2 부하 전류 접속부(E)에 대하여 양 또는 음의 출력 전압(Ua)을 발생시킴으로써 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치를 구동하기 위한 구동 신호를 발생시킨다. 전력 반도체 스위치(T1, T2, T3)를 스위치 온하려고 하는 경우, 구동 회로(4)에 의해 양의 출력 전압(Ua)이 발생되어 각각의 제 1 전기 저항(R1)을 통해 각각의 전력 반도체 스위치의 제어 접속부(G)에 공급된다. 전력 반도체 스위치(T1, T2, T3)를 스위치 오프하려고 하는 경우, 구동 회로(4)에 의해 음의 출력 전압(Ua)이 발생되어 각각의 제 1 전기 저항(R1)을 통하여 각각의 전력 반도체 스위치의 제어 접속부(G)에 공급된다.
또한, 전력 반도체 회로(2)는 전력 반도체 스위치(T1, T2, T3) 중의 하나의 경우 해당 전력 반도체 스위치의 제 1 및 제 2 부하 전류 접속부(C, E) 사이에서 발생하는 전력 반도체 스위치 전압(Us)을 모니터링하는 방법으로 설계되었다. 이런 방법에서, 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치 중의 하나의 경우는 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 모니터링되는 한편, 나머지 전력 반도체 스위치 전부가 전기적으로 병렬로 접속된 경우 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 모니터링되지 않는다. 본 예시적 실시형태에서는 전력 반도체 스위치(T1)의 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 모니터링된다. 전력 반도체 스위치 전압(Us)은 이 경우에 전압 모니터링 유니트(9)에 의해 모니터링되는데, 이 전압 모니터링 유니트(9)는 바람직하게는 구동 유니트(4)의 일부다. 전력 반도체 스위치 전압(Us)을 모니터링하기 위해 전력 반도체 스위치(T1)의 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 취출되는 구동 유니트(4) 또는 전압 모니터링 유니트(9)의 공급 라인의 접속점(11, 12)은 이 경우에 전력 반도체 스위치(T1)의 제 1 및 제 2 부하 전류 접속부(C, E)의 바로 부근에 배치되며, 그 결과 전력 반도체 스위치(T1)의 전력 반도체 스위치 전압(Us)은 기생 인덕턴스(Ls)에 의해 전기적으로 병렬로 접속된 나머지 전력 반도체 스위치(T2, T3)의 전력 반도체 스위치 전압(Us)으로부터 분리된다. 이 경우에 전압 모니터링 유니트(9)는 바람직하게는 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 모니터링되는 전력 반도체 스위치의 스위치 온 상태에서 한계치가 초과하는 경우에 전력 반도체 스위치 전압(Us)을 모티터링하고 한계치를 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 초과한 경우에 전력 반도체 회로가 응답하기 시작한다.
여기서 말해야 할 것은, 본 발명의 의미내에서 전력 반도체 스위치 전압(Us)의 모니터링에는 또한 모니터링되는 기준이 만족되는 경우에 전력 반도체 회로가 응답하는 것을 포함한다는 것이다. 예를 들어 전력 반도체 스위치 전압(Us)에 대한 전술한 한계치가 전력 반도체 스위치의 스위치 온 상태에서 초과되었지만 전력 반도체 스위치가 이에 대하여 응답하지 않는 경우, 본 발명의 의미내에서는 전력 반도체 회로 전압(Us)이 모니터링되지 않는다.
전력 반도체 회로(2)는 바람직하게는 전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되는 전력 반도체 스위치의 스위치 온 상태에서 전력 반도체 스위치 전압이 한계치를 초과하는 경우 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치 전부의 스위치 오프가 수행된다. 이 경우에 한계치가 초과되는 것을 모니터링하는 것은 전압 유니트(9)에 의해 수행되는데, 전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되는 전력 반도체 스위치의 스위치 온 상태에서 한계치가 초과되는 경우에 바람직하게는 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치 전부의 스위치 오프가 구동 유니트(4)에 의해 수행된다. 전력 반도체 스위치의 경우에 전력 반도체 스위치의 제 1 부하 전류 접속부로부터 제 2 부하 전류 접속부로 전력 반도체 스위치를 통하여 높은 전류가 흐르면 전력 반도체 스위치의 스위치 온 상태에서 전력 반도체 스위치의 높은 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 되기 때문에, 매우 신속하게 응답하는 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치의 과전류 모니터링이 실현될 수 있다.
부품 공차와 그리고 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치에 대한 공급 라인의 서로 다른 기생 인덕턴스 때문에, 대부분의 경우 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치의 스위치 온 및 스위치 오프 시간이 서로 다르게 된다. 이렇게 서로 다른 스위치 온 및 스위치 오프 시간에 의해 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치의 제 2 부하 전류 접속부에서의 전위가 변동하며, 그 결과 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치가 그 스위칭 응답의 면에서 서로 영향으로 주어서 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치 사이에 전류 분할이 불균일하게 된다. 예를 들어, 전력 반도체 스위치(T1)의 스위치 온 상태에서 전력 반도체 스위치(T2)가 스위치 온되는 경우, 전력 반도체 스위치(T2)의 에미터(E)의 전위가 전력 반도체 스위치(T2)의 콜렉터(K)의 전위와 가깝게 되고, 그 결과 전력 반도체 스위치(T1)의 에미터(E)의 전위가 변동된다. 그 결과 예를 들어 전력 반도체 스위치(T1)의 에미터(E)와 게이트(G) 사이에 존재하는 전압(Ug)은 더 이상 스위치 온 상태에서 전력 반도체 스위치(T1)를 유지할 수 있을 정도로 충분히 높지 않을 수 있으며, 그 결과 전력 반도체 스위치(T1)가 극단의 경우에는 완전히 스위치 오프되거나 또는 그렇지 않으면 중간 상태로 이전하여 여기서 전력 반도체 스위치(T1)의 온 상태 저항이 증가된다. 이 경우 시스템은 역시 전기적으로 진동하기 시작한다.
이 문제점을 해결하기 위해, EP 1 625 660 B1은 전력 반도체 스위치의 전부가 전기적으로 병렬로 접속된 경우, 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치를 구동시키는 구동 유니트와 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치 사이의 각각의 공통 모드 인덕터를 제공하는 것을 개시하는데, 각각의 공통 모드 인덕터는 EP 1 625 660 B1에서 공통 모드 억제 인덕터라고도 부른다. 전술한 해당 전력 반도체 스위치의 에미터의 전위의 변동에 따라서 구동 유니트와 해당 전력 반도체 스위치의 제 2 부하 접속부 사이에 전기적으로 접속된 각각의 공통 모드 인덕터의 제 2 권선에서 전압이 강하하며, 그에 따라서 구동 유니트와 각각의 전력 반도체 스위치의 제어 접속부 사이에 전기적으로 접속된 각각의 공통 모드 인덕터의 제 1 권선에서의 전압이 된다. 따라서 제 1 및 제 2 권선을 따라서 발생하는 전압이 구동 유니트에서 서로 상쇄되며, 그 결과 해당 전력 반도체 스위치의 에미터의 전위 변동이 해당 전력 반도체 스위치의 게이트와 에미터 사이에 존재하는 전압에 영향을 주지 않거나 매우 작게만 영향을 준다. EP 1 625 660 B1에 제안된 해결책의 한 가지 결점은 전술한 과전류 확인이 더 이상 적절히 작용하지 않는데 이는 각각의 공통 모드 인덕터의 제 2 권선 전반에 걸친 전압 강하에 의해 해당 전력 반도체 스위치 의 콜렉터와 에미터 사이의 명백하게 지나치게 높은 전력 반도체 스위치 전압의 상황을 제공하며 따라서 과전류의 발현을 제공하기 때문이라는 것에 있다.
본 발명에 있어서, 전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되지 않는 전력 반도체 스위치와 구동 유니트 사이에 공통 모드 인덕터가 전기적으로 접속되며, 또는 전력 반도체 회로가 단지 두 개의 전력 반도체 스위치만을 갖는 경우에는 전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되지 않는 전력 반도체 스위치와 구동 유니트 사이에 공통 모드 인덕터가 전기적으로 접속되는데, 여기서 전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되는 전력 반도체 스위치와 구동 유니트 사이에는 어떤 공통 모드 인덕터도 전기적으로 접속되지 않는다.
EP 1 625 660 B1과는 달리, 본 발명에서는 전력 반도체 스위치 중의 하나의 경우를 대상으로 하는 방식으로 해당 전력 반도체 스위치의 제 1 및 제 2 부하 전류 접속부 사이에서 발생하는 전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되며, 정확하게는 이 전력 반도체 스위치의 경우에는 구동 유니트와 해당 전력 반도체 스위치 사이에 공통 모드 인덕터가 전기적으로 접속되는 한편, 전기적으로 병렬로 접속된 나머지 전력 반도체 스위치 전부의 경우는 구동 유니트와 해당 전력 반도체 스위치 사이에 각각의 공통 모드 인덕터가 전기적으로 접속된다.
따라서 본 예시적 실시형태에서 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 모니터링되지 않는 전력 반도체 스위치(T2, T3)와 구동 유니트(4) 사이에 각각의 공통 모드 인덕터(10)가 전기적으로 접속되며, 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 모니터링되는 전력 반도체 스위치(T1)와 구동 유니트(4) 사이에는 어떤 공통 모드 인덕터도 전기적으로 접속되지 않는다.
각각의 공통 모드 인덕터(10)는 제 1 권선(W1)과 제 1 권선(W1)에 자기적으로 연결된 제 2 권선(W2)을 갖는데, 제 1 권선(W1)은 구동 유니트(4)와 각각의 전력 반도체 스위치(T2, T3)의 제어 접속부(G) 사이에 전기적으로 접속되고, 제 2 권선(W2)은 구동 유니트(4)와 각각의 전력 반도체 스위치(T2, T3)의 제 2 부하 접속부(E) 사이에 전기적으로 접속된다.
본 발명에서 전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되는 전력 반도체 스위치를 제외한 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치의 전부는 각각의 공통 모드 인덕터에 전기적으로 접속되기 때문에, 전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되는 전력 반도체 스위치의 스위칭 응답을 실제 동작에 충분한 전기적으로 병렬로 접속된 나머지 전력 반도체 스위치로부터 분리하는 것도 암시적으로 가능하다.
각각의 공통 모드 인덕터(10)가 과부하되거나 자기 요동(magnetic fluctuation)하는 경우에 각각의 공통 모드 인덕터(10)의 제 2 권선(W2)를 통한 고전류의 발생을 피하기 위해, 구동 유니트(4)와 각각의 공통 모드 인덕터(10) 사이에는 바람직하게는 제 2 전기 저항(R2)이 전기적으로 접속된다.
각각의 공통 모드 인덕터(10)의 제 1 및 제 2 권선(W1, W2)은 각각의 전력 반도체 스위치의 스위칭 응답에 영향을 주는 표류 인덕턴스를 가지고 그 제어 접속부의 상류측에 상기 공통 모드 인덕터가 바람직하게는 도 3에 도시한 바와 같이 전기적으로 접속되기 때문에, 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 모니터링되는 전력 반도체 스위치(T1)의 제어 접속부(G)와 구동 유니트(4) 사이에는 별개의 코일(L1)이 전기적으로 접속되거나 또는 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 모니터링되는 전력 반도체 스위치(T1)의 제어 접속부(G)와 구동 유니트(4) 사이에 전기적으로 접속된 라인(13)의 주위로 자기전도성 요소(L1)가 배치된다. 이 경우에 별개의 코일(L1) 또는 자기전도성 요소(L1)의 인덕턴스는 바람직하게는 공통 모드 인덕터(10)의 제 1 및 제 2 권선(W1, W2)의 표류 인덕턴스의 실질적인 합, 구체적으로는 공통 모드 인덕터(10)의 제 1 및 제 2 권선(W1, W2)의 표류 인덕턴스의 합에 대응한다. 자기전도성 요소(L1)는 바람직하게는 페라이트 비이드 형태 또는 쪼개진 페라이트 코어 형태다.
도 3에 도시한 바와 같이, 상기의 대안예로서, 별개의 코일(L2)을 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 모니터링되는 전력 반도체 스위치(T1)의 제 2 부하 접속부(E)와 구동 유니트(4) 사이에 전기적으로 접속하거나 또는 자기전도성 요소(L2)를 전력 반도체 스위치 전압(Us)가 모니터링되는 전력 반도체 스위치(T1)의 제 2 부하 전류 접속부(E)와 구동 유니트(4) 사이에 전기적으로 접속된 라인(14) 주위에 배치할 수 있다. 이 경우에 별개의 코일(L2) 또는 자기전도성 요소(L2)의 인덕턴스는 바람직하게는 공통 모드 인덕터(10)의 제 1 및 제 2 권선(W1, W2)의 표류 인덕턴스의 실질적인 합 구체적으로 공통 모드 인덕터(10)의 제 1 및 제 2 권선(W1, W2)의 표류 인덕턴스의 합에 대응한다. 자기전도성 요소(L2)는 바람직하게는 페라이트 비이드 형태 또는 쪼개진 페라이트 코어 형태다.
상기의 대안예로서, 또한 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 모니터링되는 전력 반도체 스위치(T1)의 제어 접속부(G)와 구동 유니트(4) 사이에 별개의 코일(L1)이 전기적으로 접속될 수 있거나 또는 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 모니터링되는 전력 반도체 스위치(T1)의 제어 접속부(G)와 구동 유니트(4) 사이에 전기적으로 접속된 라인(13) 주위에 자기전도성 요소(L1)가 배치될 수 있으며, 그리고 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 모니터링되는 전력 반도체 스위치(T1)의 제 2 부하 접속부(E)와 구동 유니트(4) 사이에 별개의 코일(L2)이 전기적으로 접속될 수 있거나 또는 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 모니터링되는 전력 반도체 스위치(T1)의 제 2 부하 전류 접속부(E)와 구동 유니트(4) 사이에 전기적으로 접속된 라인(14) 주위에 자기전도성 요소(L2)가 배치될 수 있다. 이 경우에 별개의 코일(L1) 또는 자기전도성 요소(L1)의 인덕턴스는 바람직하게는 공통 모드 인덕터(10)의 제 1 권선(W1)의 실질적인 표류 인덕턴스 구체적으로는 공통 모드 인덕터(10)의 제 1 권선(W1)의 표류 인덕턴스에 대응한다. 이 경우에 별개의 코일(L2) 또는 자기전도성 요소(L2)의 인덕턴스는 바람직하게는 공통 모드 인덕터(10)의 제 2 권선(W2)의 실질적인 표류 인덕턴스 구체적으로는 공통 모드 인덕터(10)의 제 2 권선(W2)의 표류 인덕턴스에 대응한다. 각각의 자기전도성 요소(L2)는 바람직하게는 페라이트 비이드 형태 또는 쪼개진 페라이트 코어 형태다.
전력 반도체 스위치 전압이 모니터링되는 전력 반도체 스위치의 스위칭 응답은 이 수단에 의해 전기적으로 병렬로 접속된 나머지 전력 반도체 스위치들의 스위칭 응답과 일치될 수 있다.
여기서 도 3에서는 별개의 코일(L2) 또는 자기전도성 요소(L2)가 검은 사각형으로 나타내어져 있음을 알아야 한다.
또한 본 발명의 의미 내에서 "자기적으로 연결"이라는 표현은 예를 들어 철 코어 또는 페라이트 코어 같은 자기전도성 코어에 의해 존재하는 권선들 사이의 자기적 연결을 의미하는 것으로 이해된다는 것을 알아야 한다. 자기적으로 연결된 권선들은 이를 위해 자기전도성 코어 주위로 감긴다.
또한 본 발명의 의미 내에서 "별개의 코일"이라는 표현은 자기전도성 코어를 구비한 코일 또는 자기전도성 코어를 구비하지 않은 코일을 의미하는 것으로 이해된다는 것을 알아야 하는데, 여기서 코일은 코일 이외의 다른 전기적 분기에 전기적으로 접속된 추가의 코일에 자기적으로 연결되지 않는다. 본 발명의 의미 내에서 표류 자장을 통해 추가의 코일에 물리적으로 존재할 수 있는 약한 자기적 연결은 자기적 연결로 간주되지 않는다.

Claims (5)

  1. 전력 반도체 회로에 있어서,
    서로 전기적으로 병렬로 접속되고 각각은 제 1 및 제 2 부하 전류 접속부(C, E) 및 제어 접속부(G)를 갖는 다수의 전력 반도체 스위치(T1, T2, T3)로서, 전력 반도체 스위치(T1, T2, T3)의 제 1 부하 전류 접속부(C)는 서로 전기전도적으로 접속되고, 전력 반도체 스위치(T1, T2, T3)의 제 2 부하 전류 접속부(E)는 서로 전기전도적으로 접속되며, 전력 반도체 회로(2)는 전력 반도체 스위치(T1, T2, T3) 중의 하나(T1)의 경우에 해당 전력 반도체 스위치(T1)의 제 1 및 제 2 부하 전류 접속부(C, E) 사이에서 발생하는 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 모니터링되는 방식으로 설계되도록 구성되는 다수의 전력 반도체 스위치, 및
    전력 반도체 스위치(T1, T2, T3)를 구동하기 위한 구동 신호를 발생하도록 설계되어 전력 반도체 스위치(T1, T2, T3)의 제어 접속부(G) 및 전력 반도체 스위치(T1, T2, T3)의 제 2 부하 전류 접속부(E)에 전기적으로 접속되는 구동 유니트(4)를 포함하며,
    전력 반도체 스위치 전압(Us)이 모니터링되지 않는 전력 반도체 스위치(T2, T3)와 구동 유니트(4) 사이에는 공통 모드 인덕터(10)가 전기적으로 접속되거나, 또는 전력 반도체 회로가 단지 두 개의 전력 반도체 스위치(T1, T2)를 갖는 경우에는 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 모니터링되지 않는 전력 반도체 스위치(T2)와 구동 유니트(4) 사이에 공통 모드 인덕터(10)가 전기적으로 접속되고,
    전력 반도체 스위치 전압(Us)이 모니터링되는 전력 반도체 스위치(T1)와 구동 유니트(4) 사이에는 어떤 공통 모드 인덕터(10)도 전기적으로 접속되지 않으며,
    각각의 공통 모드 인덕터(10)는 제 1 권선(W1)과 제 1 권선(W1)에 자기적으로 연결된 제 2 권선(W2)을 갖는데, 제 1 권선(W1)은 각각의 전력 반도체 스위치(T2, T3)의 제어 접속부(G)와 구동 유니트(4) 사이에 전기적으로 접속되고, 제 2 권선(W2)은 각각의 전력 반도체 스위치(T2, T3)의 제 2 부하 전류 접속부(E)와 구동 유니트(4) 사이에 전기적으로 접속되며,
    전력 반도체 회로(2)는 전력 반도체 스위치(T1, T2, T3)에 대한 전기공급 라인에 기생 인덕턴스(Ls)를 갖고,
    전력 반도체 스위치 전압(Us)은 전압 모니터링 유니트(9)에 의해 모니터링되며, 전압 모니터링 유니트(9)는 구동 유니트(4)의 일부이고, 전력 반도체 스위치 전압(Us)을 모니터링하기 위해 전력 반도체 스위치(T1)의 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 취출되는 구동 유니트(4) 또는 전압 모니터링 유니트(9)의 공급 라인의 접속점(11, 12)은 전력 반도체 스위치(T1)의 제 1 및 제 2 부하 전류 접속부(C, E)의 바로 부근에 배치되며, 그 결과 전력 반도체 스위치(T1)의 전력 반도체 스위치 전압(Us)은 기생 인덕턴스(Ls)에 의해 전기적으로 병렬로 접속된 나머지 전력 반도체 스위치(T2, T3)의 전력 반도체 스위치 전압(Us)으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 모니터링되는 전력 반도체 스위치(T1)의 제어 접속부(G)와 구동 유니트(4) 사이에는 별개의 코일(L1)이 전기적으로 접속되거나 또는 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 모니터링되는 전력 반도체 스위치(T1)의 제어 접속부(G)와 구동 유니트(4) 사이에 전기적으로 접속된 라인(13) 주위에는 자기전도성 요소(L1)가 배치되는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 회로.
  3. 제 1 항에 있어서, 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 모니터링되는 전력 반도체 스위치(T1)의 제 2 부하 전류 접속부(E)와 구동 유니트(4) 사이에는 별개의 코일(L2)이 전기적으로 접속되거나 또는 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 모니터링되는 전력 반도체 스위치(T1)의 제 2 부하 전류 접속부(E)와 구동 유니트(4) 사이에 전기적으로 접속된 라인(14) 주위에는 자기전도성 요소(L2)가 배치되는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 회로.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 자기전도성 요소(L1, L2)는 페라이트 비이드 형태 또는 쪼개진 페라이트 코어 형태인 것을 특징으로 하는 전력 반도체 회로.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 전력 반도체 회로(2)는 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 모니터링되는 전력 반도체 스위치(T1)의 스위치 온 상태에서 전력 반도체 스위치 전압(Us)이 한계치를 초과하는 경우 전기적으로 병렬로 접속된 전력 반도체 스위치(T1, T2, T3) 모두의 스위칭 오프가 수행되는 방식으로 설계되는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 회로.
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