KR102279267B1 - 스위칭 회로 구동 장치 - Google Patents

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KR102279267B1
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김동현
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 스위칭 회로 구동 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 회로 구동 장치는 스위칭 신호를 생성하여 출력하는 게이트 구동 회로, 상기 게이트 구동 회로와 연결되며 상기 스위칭 신호의 전압값을 증폭하여 스위칭 회로에 인가하는 입력 회로 및 상기 입력 회로의 입력단 및 출력단과 연결되며, 상기 스위칭 신호의 전압값과 상기 입력 회로의 출력단의 전압값에 기초하여 상기 입력 회로의 출력단의 전압값을 조절하는 보호 회로를 포함한다.

Description

스위칭 회로 구동 장치{SWITCHING CIRCUTI DRIVING APPARATUS}
본 발명은 스위칭 회로 구동 장치에 관한 것이다.
스위칭 회로 구동 장치는 인버터 회로, 컨버터 회로 등과 같은 스위칭 회로를 구동하기 위한 장치이다. 이때 스위칭 회로는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) 등과 같은 하나 이상의 스위칭 소자를 포함한다. 스위칭 회로 구동 장치는 스위칭 회로에 포함된 스위칭 소자를 턴-온 또는 턴-오프 시키는 스위칭 신호를 공급함으로써, 스위칭 회로를 구동시킨다.
이와 같은 스위칭 회로 구동 장치의 일 실시예가 등록특허 KR 10-1721107에 개시되어 있다.
이때 스위칭 소자가 고주파수의 스위칭 신호에 의해 턴-온 상태에서 턴-오프 상태로 변환될 때, 기생 커패시터로 인하여 밀러 효과(Miller Effect)가 발생하게 된다.
도 1은 밀러 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참고하면, 스위칭 회로 구동 장치에 포함된 게이트 구동 회로(10)와 스위칭 소자(20)가 연결된 것을 확인할 수 있다. 이때 스위칭 소자는 게이트 단과 콜렉터 단 사이에 연결되는 기생 커패시터(21)와 게이트 단과 에미터 단 사이에 연결되는 기생 커패시터(22)를 포함한다.
이때 스위칭 소자가 턴-온 에서 턴-오프 될 때, 게이트 단과 콜렉터 단 사이에 연결되는 기생 커패시터(21)로 인하여 스위칭 소자(20)의 입력단 저항(23) 및 게이트 구동 회로(10)의 출력단 저항(11)을 통하여 밀러 전류(Miller Current)가 흐르게 된다. 이로 인해 스위칭 소자(20)의 게이트 단의 전압값이 증가하게 된다.
만일 스위칭 소자(20)의 게이트 단의 전압값이 스위칭 소자(20)의 턴-온 전압값 이상으로 증가하면, 스위칭 소자(20)는 턴-온 된다. 즉, 게이트 구동 회로(10)가 스위칭 소자(20)를 턴-오프 시키는 스위칭 신호를 출력하였음에도 불구하고, 밀러 전류로 인해 스위칭 소자(20)가 턴-온 되는 상황이 발생하게 된다.
이와 같이 스위칭 소자(20)가 오동작하게 되면, 스위칭 소자(20)에 과전류가 흐르는 문제가 발생할 수 있다. 또한 스위칭 소자(20)가 오동작하게 되면, 스위칭 소자(20)의 입력단 저항(23)의 발열에 의해 스위칭 소자(20) 등의 소손되는 문제가 발생할 수 있다.
이때 기생 커패시터(21, 22)의 크기는 스위칭 소자(20)의 용량이 증가함에 따라 증가한다. 따라서 밀러 전류의 크기는 스위칭 소자(20)의 용량이 증가함에 따라 증가한다. 결과적으로 상술한 바와 같은 문제는 스위칭 소자(20)의 용량이 증가하면, 더 자주 발생하게 된다.
본 발명의 목적은 밀러 전류에 의하여 스위칭 소자가 오동작하여 턴-온 되는 상황을 방지할 수 있는 스위칭 회로 구동 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 스위칭 소자에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있는 스위칭 회로 구동 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 스위칭 소자가 소손되는 것을 방지할 수 있는 스위칭 회로 구동 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에서 스위칭 회로 구동 장치는 보호 회로를 이용하여 스위칭 신호의 전압값과 입력 회로의 출력단의 전압값에 기초하여 입력 회로의 출력단의 전압값을 조절할 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면 스위칭 소자가 오동작하여 턴-온 되는 상황을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스위칭 회로 구동 장치는 스위칭 신호를 생성하여 출력하는 게이트 구동 회로, 상기 게이트 구동 회로와 연결되며 상기 스위칭 신호의 전압값을 증폭하여 스위칭 회로에 인가하는 입력 회로 및 상기 입력 회로의 입력단 및 출력단과 연결되며, 상기 스위칭 신호의 전압값과 상기 입력 회로의 출력단의 전압값에 기초하여 상기 입력 회로의 출력단의 전압값을 조절하는 보호 회로를 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 입력 회로는 상기 게이트 구동 회로와 연결되는 제1 저항, 상기 제1 저항과 연결되는 제1 입력 스위칭 소자, 상기 제1 저항과 연결되며, 상기 제1 입력 스위칭 소자와 상보적으로 동작하는 제2 입력 스위칭 소자 및 상기 제1 입력 스위칭 소자 및 상기 제2 입력 스위칭 소자와 연결되는 제2 저항을 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 보호 회로는 상기 입력 회로의 출력단의 전압값과 미리 설정된 기준 전압값을 비교한 결과를 출력하는 비교기, 상기 비교기의 출력 신호와 상기 스위칭 신호의 반전 신호를 논리곱하여 출력하는 AND 게이트 및 상기 AND 게이트의 출력 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프 되는 보호 스위칭 소자를 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 비교기는 상기 입력 회로의 출력단의 전압값이 상기 기준 전압값 이상이면, 하이(high) 신호를 출력하고, 상기 입력 회로의 출력단의 전압값이 상기 기준 전압값 미만이면, 로우(low) 신호를 출력한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 기준 전압값은 상기 스위칭 회로에 포함된 스위칭 소자의 턴-온 전압값과 일정한 마진을 가지고 설정된다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 보호 회로는 상기 비교기의 입력단 중 상기 입력 회로와 연결되지 않는 단과 정전압 출력단 사이에 연결되는 제3 저항 및 상기 비교기의 입력단 중 상기 입력 회로와 연결되지 않는 단과 그라운드 사이에 연결되는 제4 저항을 더 포함한다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 기준 전압값은 상기 제3 저항의 저항값 및 상기 제4 저항의 저항값의 비율을 변경함에 따라 조절된다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 보호 스위칭 소자는 상기 AND 게이트의 출력 신호가 하이(high) 신호일 때 턴-온 되어, 상기 입력 회로의 출력단의 전압값을 감소시킨다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 스위칭 신호가 로우(low) 신호이고, 상기 보호 스위칭 소자가 턴-온 되면, 상기 스위칭 회로의 콜렉터 단의 전류는 상기 보호 스위칭 소자를 통해 흐른다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 스위칭 신호가 로우(low) 신호이고, 상기 보호 스위칭 소자가 턴-오프 되면, 상기 스위칭 회로의 콜렉터 단의 전류는 상기 입력 회로를 통해 흐른다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 회로 구동 장치는 보호 회로를 이용함으로써, 밀러 전류에 의하여 스위칭 소자가 오동작하여 턴-온 되는 상황을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 회로 구동 장치는 스위칭 소자에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 회로 구동 장치는 스위칭 소자가 소손되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 밀러 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 소자 구동 장치를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 소자 구동 장치를 도시한 회로도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 소자 구동 장치의 입력 회로의 출력단의 전압값에 따른 전류의 흐름을 나타낸 회로도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 스위칭 회로 구동 장치를 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 소자 구동 장치를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 소자 구동 장치를 도시한 회로도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 소자 구동 장치(100)는 게이트 구동 회로(110), 입력 회로(120) 및 보호 회로(130)를 포함한다. 스위치 소자 구동 장치(100)는 스위칭 회로(200)에 스위칭 신호를 인가하여, 스위칭 회로(200)에 포함된 하나 이상의 스위칭 소자(210)의 턴-온 또는 턴-오프를 제어하는 장치이다.
스위칭 회로(200)는 하나 이상의 스위칭 소자(210)를 포함하여 구성되는 회로로, 인버터 회로, 컨버터 회로 등과 같은 회로 일 수 있다. 이때 스위칭 회로(200)에 포함되는 스위칭 소자(210)로 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) 등이 이용될 수 있다. 이하에서는 스위칭 소자(210)로 IGBT가 이용된 실시예를 중심으로 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
게이트 구동 회로(110)는 스위칭 신호를 생성하여 출력한다. 스위칭 신호는 스위칭 회로(200)에 포함된 스위칭 소자(210)를 턴-온 또는 턴-오프 시키기 위한 신호이다. 이와 같은 스위칭 신호는 스위칭 소자(210)를 턴-온 시키는 하이(high) 신호 및 스위칭 소자(210)를 턴-오프 시키는 로우(low) 신호 중 어느 하나 일 수 있다.
이때 하이 신호는 입력 회로(120)에 포함된 제1 입력 스위칭 소자(122) 및 제2 입력 스위칭 소자(123)의 턴-온 전압값보다 높은 전압값을 가지는 신호일 수 있다. 그리고 로우 신호는 제1 입력 스위칭 소자(122) 및 제2 입력 스위칭 소자(123)의 턴-온 전압값보다 낮은 전압값을 가지는 신호일 수 있다.
여기서 턴-온 전압값은 스위칭 소자의 상태가 턴-온 상태에서 턴-오프 상태로 또는 턴-오프 상태에서 턴-온 상태로 전환되는 기준이 되는 전압값을 의미한다. 턴-온 전압값은 스위칭 소자 자체의 특성에 따라 다른 값을 가진다.
입력 회로(120)는 게이트 구동 회로(110)와 연결되며, 스위칭 신호의 전압값을 증폭하여 스위칭 회로(200)에 인가한다. 이때 입력 회로(120)의 입력단은 게이트 구동 회로(110)와 연결된다. 그리고 입력 회로(120)의 출력단은 스위칭 회로(200)와 연결된다.
입력 회로(120)는 제1 저항(121), 제1 입력 스위칭 소자(122), 제2 입력 스위칭 소자(123) 및 제2 저항(124)을 포함한다.
제1 저항(121)은 게이트 구동 회로(110)와 연결된다. 제1 저항(121)은 게이트 구동 회로(110)로부터 스위칭 신호를 수신하여 제1 입력 스위칭 소자(122) 및 제2 입력 스위칭 소자(123)로 입력한다. 이때 제1 저항(121)은 게이트 구동 회로(110)의 출력 저항일 수 있다.
제1 입력 스위칭 소자(122)는 제1 저항(121)과 연결된다. 본 발명의 일 실시예에서 제1 입력 스위칭 소자(122)는 n형 트랜지스터, n형 MOSFET 등과 같이 하이 신호에 의하여 턴-온 되고, 로우 신호에 의하여 턴-오프 되는 스위칭 소자일 수 있다. 이하에서는 제1 입력 스위칭 소자(122)로 n형 트랜지스터가 사용된 실시예를 중심으로 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 입력 스위칭 소자(122)의 베이스는 제1 저항(121)과 연결된다. 제1 입력 스위칭 소자(122)의 콜렉터는 정전압단과 연결된다. 제1 입력 스위칭 소자(122)의 에미터는 제2 입력 스위칭 소자(123)와 연결된다.
제1 입력 스위칭 소자(122)는 게이트 구동 회로(110)로부터 출력된 스위칭 신호가 하이 신호이면, 턴-온 되어, 정전압단의 전압값이 출력되도록 한다. 그리고 제1 입력 스위칭 소자(122)는 게이트 구동 회로(110)로부터 출력된 스위칭 신호가 로우 신호이면, 턴-오프 되어, 정전압단의 전압값이 출력되지 않도록 한다.
제2 입력 스위칭 소자(123)는 제1 저항(121)과 연결된다. 본 발명의 일 실시예에서 제2 입력 스위칭 소자(123)는 p형 트랜지스터, p형 MOSFET 등과 같이 하이 신호에 의하여 턴-오프 되고, 로우 신호에 의하여 턴-온 되는 스위칭 소자일 수 있다. 이하에서는 제2 입력 스위칭 소자(123)로 p형 트랜지스터가 사용된 실시예를 중심으로 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 입력 스위칭 소자(123)의 베이스는 제1 저항(121)과 연결된다. 제2 입력 스위칭 소자(123)의 콜렉터는 제1 입력 스위칭 소자(122)와 연결된다. 제2 입력 스위칭 소자(123)의 에미터는 그라운단과와 연결된다.
제2 입력 스위칭 소자(123)는 게이트 구동 회로(110)로부터 출력된 스위칭 신호가 로우 신호이면, 턴-온 되어, 그라운드의 전압값이 출력되도록 한다. 그리고 제2 입력 스위칭 소자(123)는 게이트 구동 회로(110)로부터 출력된 스위칭 신호가 하이 신호이면, 턴-오프 되어, 그라운드의 전압값이 출력되지 않도록 한다.
이와 같이 제1 입력 스위칭 소자(122) 및 제2 입력 스위칭 소자(123)는 상보적으로 동작한다. 다시 말해 제1 입력 스위칭 소자(122) 및 제2 입력 스위칭 소자(123)는 동일한 신호를 입력 받더라도, 반대로 턴-온 또는 턴-오프 된다.
제2 저항(124)은 스위칭 회로(200)와 연결된다. 제2 저항(124)은 제1 입력 스위칭 소자(122) 및 제2 입력 스위칭 소자(123)의 동작에 따라 정전압단의 전압값 또는 그라운드의 전압값을 스위칭 소자(210)로 입력한다. 이때 제2 저항(124)은 스위칭 회로(200)의 출력 저항일 수 있다.
보호 회로(130)는 입력 회로(120)의 입력단 및 출력단과 연결되며, 스위칭 신호의 전압값과 입력 회로(120)의 출력단의 전압값에 기초하여, 입력 회로(120)의 출력단의 전압값을 조절한다.
보호 회로(130)는 비교기(131), AND 게이트(132) 및 보호 스위칭 소자(133)를 포함한다. 그리고 보호 회로(130)는 NOT 게이트(134)를 더 포함할 수 있으며, 제3 저항(135) 및 제4 저항(136)을 더 포함할 수 있다.
비교기(131)는 입력 회로(120)의 출력단의 전압값과 미리 설정된 기준 전압값을 비교한 결과를 출력한다.
비교기(131)의 제1 입력단(-)은 입력 회로(120)의 출력단과 연결된다. 비교기(131)의 제2 입력단(+)은 제3 저항(135) 및 제4 저항(136) 사이의 노드에 연결된다. 비교기(131)의 출력단은 AND 게이트(132)와 연결된다.
비교기(131)는 입력 회로(120)의 출력단의 전압값과 미리 설정된 기준 전압값을 비교한다. 그리고 비교기(131)는 입력 회로(120)의 출력단의 전압값이 기준 전압값 이상이면, 하이 신호를 출력한다. 즉, 비교기(131)는 스위칭 신호가 하이 신호라서 입력 회로(120)의 출력단의 전압값이 기준 전압값 이상이거나, 밀러 전류에 의하여 입력 회로(120)의 출력단의 전압값이 기준 전압값 이상이면, 하이 신호를 출력하게 된다.
이와 반대로 비교기(131)는 입력 회로(120)의 출력단의 전압값이 기준 전압값 미만이면, 로우 신호를 출력한다.
여기서 기준 전압값은 밀러 전류에 의하여 스위칭 소자가 오동작하여 턴-온 될지 여부를 판단하는 기준이 되는 값이다. 기준 전압값은 스위칭 회로(200)에 포함된 스위칭 소자(210)의 턴-온 전압값과 일정한 마진을 가지고 설정될 수 있다. 이와 같이 기준 전압값을 스위칭 소자(210)의 턴-온 전압값과 일정한 마진을 가지고 설정함으로써, 입력 회로(120)의 출력단의 전압값이 상승하여 스위칭 소자(210)가 턴-온 되기 전에, 입력 회로(120)의 출력단의 전압값을 조절할 수 있다.
기준 전압값은 비교기(131)의 제2 입력단(+)에 연결된 제3 저항(135)의 저항값 및 제4 저항(136)의 저항값에 의해 결정된다.
제3 저항(135)은 비교기(131)의 입력단 중 입력 회로(120)와 연결되지 않는 단(제2 입력단(+))과 정전압 출력단 사이에 연결된다. 그리고 제4 저항(136)은 비교기(131)의 입력단 중 입력 회로(120)와 연결되지 않는 단(제2 입력단(+))과 그라운드 사이에 연결된다.
이와 같이 연결됨에 따라 제3 저항(135) 및 제4 저항(136)은 정전압 출력단의 전압값을 분배하여 비교기(131)에 입력되게 한다. 즉, 기준 전압값은 제3 저항(135)의 저항값 및 제4 저항(136)의 저항값의 비율에 따라 결정된다. 예를 들어, 정전압 출력단의 전압값이 15V이고, 제3 저항(135)의 저항값이 6.5kΩ이고, 제4 저항(136)의 저항값이 1kΩ이면, 기준 전압값은 2V가 된다.
따라서 기준 전압값은 제3 저항(135)의 저항값 및 제4 저항(136)의 저항값의 비율을 변경함에 따라 조절 가능하다. 이때 제3 저항(135)의 저항값 및 제4 저항(136)의 저항값의 비율을 용이하게 조절할 수 있도록 하기 위하여, 제3 저항(135) 및 제4 저항(136) 중 어느 하나로 가변 저항을 이용할 수 있다.
AND 게이트(132)는 비교기(131)의 출력 신호와 스위칭 신호의 반전 신호를 논리곱하여 출력한다.
AND 게이트(132)의 제1 입력단은 비교기(131)의 출력단과 연결된다. AND 게이트(132)의 제2 입력단은 NOT 게이트(134)의 출력단과 연결된다.
이때 NOT 게이트(134)는 입력 회로(120)의 입력단과 AND 게이트(132)의 제2 입력단 사이에 연결되어, 게이트 구동 회로(110)에 의해 출력되는 스위칭 신호의 반전 신호가 AND 게이트(132)에 입력되도록 한다. 즉, 게이트 구동 회로(110)에 의해 출력되는 스위칭 신호가 하이 신호이면, AND 게이트(132)에 로우 신호를 입력한다. 그리고 게이트 구동 회로(110)에 의해 출력되는 스위칭 신호가 로우 신호이면, AND 게이트(132)에 하이 신호를 입력한다.
AND 게이트(132)는 스위칭 신호의 반전 신호가 로우 신호이면, 항상 로우 신호를 출력한다. 즉, AND 게이트(132)는 게이트 구동 회로(110)에 의해 입력 회로(120)의 출력단의 전압값이 기준 전압값 이상일 때, 보호 스위칭 소자(133)가 턴-온 되지 않도록 한다.
또한 AND 게이트(132)는 비교기(131)의 출력 신호가 로우 신호이면, 로우 신호를 출력한다. 즉, AND 게이트(132)는 입력 회로(120)의 출력단의 전압값이 기준 전압값 미만일 때, 보호 스위칭 소자(133)가 턴-온 되지 않도록 한다.
AND 게이트(132)는 비교기(131)의 출력 신호가 하이 신호이고, 스위칭 신호의 반전 신호가 하이 신호일 때, 하이 신호를 출력한다. 즉, AND 게이트(132)는 게이트 구동 회로(110)에 의해 입력 회로(120)의 출력단의 전압값이 기준 전압값 미만으로 되어야 하나, 밀러 전류에 의해 입력 회로(120)의 출력단의 전압값이 기준 전압값 이상이 될 때, 보호 스위칭 소자(133)가 턴-온 되도록 한다.
보호 스위칭 소자(133)는 AND 게이트(132)의 출력 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프 된다. 이때 보호 스위칭 소자(210)로 IGBT, MOSFET 등이 이용될 수 있다. 이하에서는 스위칭 소자(210)로 IGBT가 이용된 실시예를 중심으로 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
보호 스위칭 소자(133)의 게이트는 AND 게이트(132)의 출력단과 연결된다. 보호 스위칭 소자(133)의 콜렉터는 입력 회로(120)의 출력단과 연결된다. 보호 스위칭 소자(133)의 에미터는 스위칭 소자(210)의 에미터와 연결되고, 이는 그라운드와 연결될 수 있다.
보호 스위칭 소자(133)는 AND 게이트(132)의 출력 신호가 하이 신호일 때 턴-온 되어, 입력 회로(120)의 출력단의 전압값을 감소시킨다. 보호 스위칭 소자(133)가 턴-온 되면, 입력 회로(120)의 출력단은 그라운드와 연결된다. 따라서 입력 회로(120)의 출력단의 전압값은 감소한다.
그리고 보호 스위칭 소자(133)는 AND 게이트(132)의 출력 신호가 로우 신호이면, 턴-오프 된다. 보호 스위칭 소자(133)가 턴-오프 되면, 입력 회로(120)의 출력단은 그라운드와 연결되지 않는다. 따라서 입력 회로(120)의 출력단의 전압값은 변하지 않는다.
이때 보호 스위칭 소자(133)의 턴-온 또는 턴-오프에 따른 전류의 흐름은 도 4 및 도 5를 참조하여 보다 상세히 설명될 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 소자 구동 장치의 입력 회로의 출력단의 전압값에 따른 전류의 흐름을 나타낸 회로도이다.
우선 도 4를 참조하면, 스위칭 신호가 로우 신호이고, 보호 스위칭 소자(133)가 턴-오프 된 상황에서의 전류 흐름을 확인할 수 있다. 이때 스위칭 신호가 로우 신호이므로, 스위칭 소자(210)는 턴-오프 상태를 유지하여야 한다.
이와 같은 상황에서, 스위칭 소자(210)에 포함된 기생 커패시터(211)에 의한 밀러 전류가 발생한다고 하더라도, 이에 의해 입력 회로(120)의 출력단의 전압값이 기준 전압값 이상으로 상승하지 않으면, 보호 스위칭 소자(133)는 턴-오프 된다. 이는 입력 회로(120)의 출력단의 전압값이 기준 전압값 미만이라서, 스위칭 소자(210)가 오동작하여 턴-온 되지 않기 때문이다.
정리하면, 스위칭 신호가 로우 신호이고, 보호 스위칭 소자(133)가 턴-오프 되면, 스위칭 회로(200)의 콜렉터 단의 전류는 입력 회로(120)를 통해 흐른다. 다시 말해, 스위칭 소자(210)의 콜렉터로부터 들어오는 전류는 기생 커패시터(211), 제2 저항(124) 및 제2 입력 스위칭 소자(123)를 통해 그라운드로 흘러간다.
도 5를 참조하면, 스위칭 신호가 로우 신호이고, 보호 스위칭 소자(133)가 턴-온 된 상황에서의 전류 흐름을 확인할 수 있다. 이때 스위칭 신호가 로우 신호이므로, 스위칭 소자(210)는 턴-오프 상태를 유지하여야 한다.
이와 같은 상황에서, 스위칭 소자(210)에 포함된 기생 커패시터(211)에 의한 밀러 전류가 발생하고, 이에 의해 입력 회로(120)의 출력단의 전압값이 기준 전압값 이상으로 상승하면, 보호 스위칭 소자(133)는 턴-온 된다. 이는 입력 회로(120)의 출력단의 전압값이 기준 전압값 이상이라서, 스위칭 소자(210)가 오동작하여 턴-온 될 수 있기 때문이다.
정리하면, 스위칭 신호가 로우 신호이고, 보호 스위칭 소자(133)가 턴-온 되면, 스위칭 회로(200)의 콜렉터 단의 전류는 보호 스위칭 소자(133)를 통해 흐른다. 다시 말해, 스위칭 소자(210)의 콜렉터로부터 들어오는 전류는 기생 커패시터(211) 및 턴-온 된 보호 스위칭 소자(133)를 통해 그라운드로 흘러간다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 회로 구동 장치(100)는 보호 회로(130)를 통해 스위칭 신호의 전압값과 입력 회로(120)의 출력단의 전압값에 기초하여 입력 회로(120)의 출력단의 전압값을 조절함으로써, 밀러 전류에 의하여 스위칭 소자가 오동작하여 턴-온 되는 상황을 방지할 수 있다. 이에 따라 스위칭 소자에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있으며, 스위칭 소자가 소손되는 것을 방지할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
100: 스위칭 회로 구동 장치 110: 게이트 구동 회로
120: 입력 회로 130: 보호 회로
200: 스위칭 회로

Claims (10)

  1. 스위칭 신호를 생성하여 출력하는 게이트 구동 회로;
    상기 게이트 구동 회로와 연결되며 상기 스위칭 신호의 전압값을 증폭하여 스위칭 회로에 인가하는 입력 회로; 및
    상기 입력 회로의 입력단 및 출력단과 연결되며, 상기 스위칭 신호의 전압값과 상기 입력 회로의 출력단의 전압값에 기초하여 상기 입력 회로의 출력단의 전압값을 조절하는 보호 회로를 포함하고,
    상기 보호 회로는
    상기 입력 회로의 출력단의 전압값과 미리 설정된 기준 전압값을 비교한 결과를 출력하는 비교기;
    상기 비교기의 출력 신호와 상기 스위칭 신호의 반전 신호를 논리곱하여 출력하는 AND 게이트; 및
    상기 AND 게이트의 출력 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프 되는 보호 스위칭 소자를 포함하는
    스위칭 회로 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력 회로는
    상기 게이트 구동 회로와 연결되는 제1 저항;
    상기 제1 저항과 연결되는 제1 입력 스위칭 소자;
    상기 제1 저항과 연결되며, 상기 제1 입력 스위칭 소자와 상보적으로 동작하는 제2 입력 스위칭 소자; 및
    상기 제1 입력 스위칭 소자 및 상기 제2 입력 스위칭 소자와 연결되는 제2 저항을 포함하는
    스위칭 회로 구동 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비교기는
    상기 입력 회로의 출력단의 전압값이 상기 기준 전압값 이상이면, 하이(high) 신호를 출력하고,
    상기 입력 회로의 출력단의 전압값이 상기 기준 전압값 미만이면, 로우(low) 신호를 출력하는
    스위칭 회로 구동 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기준 전압값은
    상기 스위칭 회로에 포함된 스위칭 소자의 턴-온 전압값과 일정한 마진을 가지고 설정되는
    스위칭 회로 구동 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보호 회로는
    상기 비교기의 입력단 중 상기 입력 회로와 연결되지 않는 단과 정전압 출력단 사이에 연결되는 제3 저항; 및
    상기 비교기의 입력단 중 상기 입력 회로와 연결되지 않는 단과 그라운드 사이에 연결되는 제4 저항을 더 포함하는
    스위칭 회로 구동 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기준 전압값은
    상기 제3 저항의 저항값 및 상기 제4 저항의 저항값의 비율을 변경함에 따라 조절되는
    스위칭 회로 구동 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 보호 스위칭 소자는
    상기 AND 게이트의 출력 신호가 하이(high) 신호일 때 턴-온 되어, 상기 입력 회로의 출력단의 전압값을 감소시키는
    스위칭 회로 구동 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 신호가 로우(low) 신호이고, 상기 보호 스위칭 소자가 턴-온 되면, 상기 스위칭 회로의 콜렉터 단의 전류는 상기 보호 스위칭 소자를 통해 흐르는
    스위칭 회로 구동 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 신호가 로우(low) 신호이고, 상기 보호 스위칭 소자가 턴-오프 되면, 상기 스위칭 회로의 콜렉터 단의 전류는 상기 입력 회로를 통해 흐르는
    스위칭 회로 구동 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005045428A (ja) * 2003-07-25 2005-02-17 Toshiba Corp ゲート駆動回路及び半導体装置
KR20120029915A (ko) * 2010-09-17 2012-03-27 현대자동차주식회사 인버터 제어장치

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