KR102364939B1 - 전력 스위치의 단락 검출 회로 - Google Patents

전력 스위치의 단락 검출 회로 Download PDF

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한양대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 전력 스위치가 단락되었는지 여부를 정확하게 판단할 수 있는 단락 검출 회로에 대한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 스위치의 단락 검출 회로는, 스위치, 제1 전압 및 제2 전압을 비교하는 비교기 및 상기 제1 전압과 상기 제2 전압 간의 마진(margin)을 확보하기 위해 입력값을 미리 설정된 게인으로 증폭하여 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 하나 이상을 출력하는 증폭기를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 전력 스위치의 단락 검출 회로는, 온도 변화 등 전력 스위치의 환경이 변화되어도 스위치 전압과 트리거 전압의 마진 변화가 크지 않을 수 있어, 안정적인 단락 검출이 가능하다.

Description

전력 스위치의 단락 검출 회로{SHORT DETECTION CIRCUIT FOR POWER SWITCH}
본 발명은 전력 스위치가 단락되었는지 여부를 정확하게 판단할 수 있는 단락 검출 회로에 대한 것이다.
전력소자는 전력의 변환이나 제어를 수행하는 반도체 소자로서, 정류 다이오드, 전력 트랜지스터, 트라이액(triac) 등이 산업, 정보, 통신, 교통, 전력, 가정 등 각 분야에 다양하게 사용되고 있다. 전력소자는 대표적으로 MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor), IGBT(insulated gate bipolar transistor), BJT(Bipolar Junction Transistor), 전력 집적회로(IC) 등이 있으며, 이중에서 특히 고속 스위칭이 가능하고, 구동회로의 손실이 적은 MOSFET이 주목 받고 있다.
MOSFET이 다양한 애플리케이션에 응용되기 위해서는 반드시 소자의 안정성이 확보되어야 한다. 이를 위해, MOSFET 스위치를 안전하게 보호하기 위한 단락보호회로가 필요하다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력 스위치(MOSFET)의 단락보호회로를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 전력 스위치(120) 단락보호회로(100)는 전압측정회로(130)에서 전력 스위치(120)의 드레인 전압을 측정하여 센싱 전압(Vdesat)을 출력하고, 센싱 전압(Vdesat)과 미리 설정된 트리거 전압(Vtrigger)을 비교한 결과를 이용하여 전력 스위치(120)의 단락 여부를 센싱할 수 있다. 즉 전압측정회로(130)는 스위치(120)의 드레인 전압을 측정한 결과인 센싱 전압을 비교기(140)에 입력하고, 비교기(140)는 센싱 전압과 트리거 전압을 비교할 수 있다. 이때, 센싱 전압이 트리거 전압 이상이 되면 비교기(140)는 스위치(120)가 단락되었다고 판단할 수 있는 것이다.
이러한 단락보호회로(100)는 전력 스위치(120) 자체의 노이즈 및/또는 외부적 요인에 의한 노이즈에 의한 단락 검출 오동작을 방지하기 위해 센싱 전압과 트리거 전압 간의 마진(Margin)과 단락 검출 기준을 일정하게 유지할 필요가 있다. 당해 마진이 외부 요인에 의해 줄어들게 되면 작은 노이즈에도 센싱 전압이 트리거 전압 이상이 되어 스위치 단락으로 오인될 수 있기 때문이다. 또는 마진이 외부 요인에 의해 늘어나게 되어 스위치가 단락되어도 즉각적으로 인지되지 않을 수도 있기 때문이다.
그런데, 센싱 전압(Vdesat)은 가변될 수 있는 반면, 트리거 전압(Vtrigger)은 불변하여 둘 간의 마진이 변할 수 있는 문제점이 있다. 즉, 전력 스위치(120)는 온도가 변화하는 등 주변 환경이 변하면 도통 저항이 변할 수 있고, 도통 저항이 변하면 전력 스위치(120)에 인가되는 전압이 변하므로 센싱 전압(Vdesat)도 변할 수 있다. 하지만 트리거 전압(Vtrigger)은 고정된 값이므로 주변 환경의 변화에 따라 값이 변하지 않기 때문이다.
상기와 같이 센싱 전압과 트리거 전압 간의 마진이 변하게 되면 노이즈에 의한 단락 검출 오류 발생 가능성이 커지므로 전체적인 성능이 저하될 수 있는 것이다.
본 발명은 전력 스위치 환경이 변화되어도 센싱 전압과 트리거 전압의 마진이 변하지 않는 전력 스위치의 단락 검출 회로를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 스위치의 단락 검출 회로는, 스위치; 제1 전압 및 제2 전압을 비교하는 비교기; 및 상기 제1 전압과 상기 제2 전압 간의 마진(margin)을 조정하기 위해 입력값을 미리 설정된 게인으로 증폭하여 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 하나 이상을 출력하는 증폭기;를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 증폭기는, 상기 스위치의 전압을 상기 입력값으로 하고, 상기 제1 전압을 출력하는 제1 증폭기; 및 미리 설정된 트리거 전압을 상기 입력값으로 하고, 상기 제2 전압을 출력하는 제2 증폭기;를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제1 증폭기의 제1 게인과 상기 제2 증폭기의 제2 게인은 동일할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 단락 검출 회로는, 상기 스위치에 상응하는 센싱정보를 생성하는 센서;를 더 포함하되, 상기 증폭기는 상기 제2 전압을 출력하는 제3 증폭기를 포함하고, 상기 입력값은 미리 설정된 트리거 전압이고, 상기 제3 증폭기는, 측정된 상기 센싱정보에 상응하도록 상기 입력값을 증폭하여 상기 제2 전압을 출력할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 센싱정보는 상기 스위치에 연결된 온도센서에서 센싱된 스위치온도에 대한 정보이고, 상기 제3 증폭기는 상기 스위치온도에 따라 게인이 변화될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 단락 검출 회로는, 상기 스위치에 상응하는 센싱정보를 생성하는 센서;를 더 포함하되, 상기 증폭기는 입력된 상기 스위치의 전압을 제1 게인으로 증폭하여 상기 제1 전압을 출력하는 제1 증폭기; 입력된 제2-1 전압을 제2 게인으로 증폭하여 상기 제2 전압을 출력하는 제2 증폭기; 및 미리 설정된 트리거 전압을 제3 게인으로 증폭하여 상기 제2-1 전압을 출력하는 제3 증폭기;를 포함하고, 상기 제3 게인은 상기 센싱정보에 의해 변경될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제1 게인과 상기 제2 게인은 동일할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 센싱정보는 상기 스위치에 연결된 온도센서에서 센싱된 스위치온도에 대한 정보이고, 상기 제1 게인, 상기 제2 게인 및 상기 제3 게인은 상기 스위치온도에 따라 변화되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 전력 스위치의 단락 검출 회로는, 온도 변화 등 전력 스위치의 환경이 변화되어도 스위치 전압과 트리거 전압의 마진 변화가 일정할 수 있어, 안정적인 단락 검출이 가능하다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 종래의 전력 스위치의 단락 검출 회로를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 스위치의 단락 검출 회로를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 스위치의 단락 검출 회로를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 스위치의 단락 검출 회로를 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 스위치의 단락 검출 회로의 전압 증폭 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 종래의 단락 검출 회로에 따른 스위치 전압과 트리거 전압의 마진 변화에 대한 시뮬레이션 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 전압과 트리거 전압의 마진 변화에 대한 시뮬레이션 결과이다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 예시적인 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것으로, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역, 부위, 또는 구성 요소를 다른 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소는 본 발명의 기술적 사상의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소를 지칭할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명의 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것이다.
여기에서 사용된 '및/또는' 용어는 언급된 부재들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 스위치의 단락 검출 회로를 예시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 스위치의 단락 검출 회로(이하, '단락 검출 회로'라 약칭함)(200)은 게이트 드라이버(Gate Driver)(210), 스위치(220), 전압측정회로(230), 비교기(240), 제1 증폭기(250) 및 제2 증폭기(260)를 포함할 수 있다.
게이트 드라이버(210)는 스위치(220)에 안정적인 전력을 공급하는 구성일 수 있다. 예를 들어, 스위치(220)가 MOSFET인 경우, 게이트 드라이버(210)는 스위치(220)의 게이트에 전력을 제공할 수 있다.
스위치(220)는 게이트 드라이버(210)를 통해 전력이 공급되면 도통되는 스위치로서, MOSFET 등과 같은 반도체 스위치일 수 있다.
전압측정회로(230)는 스위치(220)에 인가된 전압을 측정하기 위한 구성일 수 있다. 예를 들어, 전압측정회로(230)는 도 1에 예시된 종래 기술에 따른 전압 측정 회로(230)와 동일 또는 유사한 구성을 포함할 수 있다. 게이트 드라이버(210)에서 전력이 제공되어 스위치(220)가 도통되면 스위치(220)에 전류가 흐르게 되고, 스위치(220)의 내부 저항(도통 저항)에 의해 스위치(220)에 전압이 인가될 수 있다. 전압측정회로(230)는 이렇게 인가된 스위치(220) 전압(즉, 스위치(220)인 MOSFET의 드레인에 인가된 전압)을 측정하여 센싱 전압(도 2에서는 'Vdesat'으로 표기)을 출력할 수 있다.
제1 증폭기(250)는 전압측정회로(230)에서 출력된 센싱 전압을 미리 설정된 제1 게인(Gain)에 따라 증폭하여 제1 전압(V1)을 출력할 수 있다. 제1 전압(V1)은 비교기(240)의 2개의 입력값 중 하나가 될 수 있다.
제2 증폭기(260)는 미리 설정된 트리거 전압(Vtrigger)을 미리 설정된 제2 게인에 따라 증폭하여 제2 전압(V2)을 출력할 수 있다. 제2 전압(V2)은 비교기(240)의 2개의 입력값 중 나머지 하나가 될 수 있다.
제1 증폭기(250)와 제2 증폭기(260)의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 제1 증폭기(250)와 제2 증폭기(260)가 존재하지 않는 단락 검출 회로(즉, 도 1과 같은 단락 검출 회로)에서는 센싱 전압과 트리거 전압을 비교하여 스위치의 단락 여부를 판단하게 됨은 도 1을 참조하여 설명한 바와 같다. 여기서, 센싱 전압은 해당 스위치의 특성에 기인하여 출력되는 전압일 수 있고, 트리거 전압은 센싱 전압에 따라 셋팅된 전압일 수 있다. 그런데, 양 전압의 마진을 조정하기 위해 트리거 전압을 높은 전압으로 셋팅할 수 없는 경우가 존재한다. 단락 검출 회로 전체의 전력 소비가 높아질 뿐 아니라, 단락 검출 회로를 포함하는 전체 회로의 설계상 트리거 전압의 최대값이 설정되어 있는 경우도 있기 때문이다.
따라서 제1 증폭기(250)는 센싱 전압을 증폭하여 제1 전압(V1)을 출력하고, 제2 증폭기(260)는 트리거 전압을 증폭하여 제2 전압(V2)을 출력하여, 비교기(240)가 제1 전압과 제2 전압을 비교하도록 하여 양 전압의 마진을 조정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이때, 제1 게인과 제2 게인은 동일한 값일 수도 있다. 트리거 전압은 센싱 전압보다 큰 값으로 셋팅되어야 하므로, 양 전압을 동일한 게인으로 증폭할 경우 양 전압의 마진은 이전보다 커질 것이기 때문이다. 물론, 경우에 따라 제1 게인과 제2 게인은 다른 값으로 셋팅될 수도 있음은 자명하다.
비교기(240)는 제1 전압과 제2 전압을 비교하는 구성일 수 있다. 비교기(240)는 제1 전압이 제2 전압보다 작을 때 출력하는 값과 제1 전압이 제2 전압 이상일 때 출력하는 값이 상이하도록 셋팅될 수 있다. 이로 인해 단락 보호 회로(200)는 비교기(240)의 출력값을 통해 스위치(220)가 단락되었는지 여부를 판단할 수 있을 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 스위치의 단락 검출 회로를 예시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 스위치의 단락 검출 회로(300)는 도 2의 단락 검출 회로(200)와 달리, 제1 증폭기(250) 및 제2 증폭기(260)를 포함하지 않고, 센서(310), 콘트롤러(MCU, 320) 및 제3 증폭기(330)를 포함할 수 있다.
센서(310)는 스위치(220)와 연결되어 스위치(220)의 주변 환경에 대한 정보를 센싱하여 센싱정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 센서(310)는 온도 센서를 포함할 수 있다. 이때, 센서(310)는 스위치(220)의 온도에 대한 정보(이하, '온도정보'라 칭함)를 센싱정보로서 생성할 수 있다. 스위치(220)는 그 특성 상 온도에 따라 도통 저항값이 달라질 수 있다. 스위치(220)의 도통 저항값이 변하면, 드레인 전압 및 센싱 전압이 달라질 수 있다. 결국, 비교기(240)에 입력되는 제1 전압(V1)은 스위치(220)의 온도에 의해 달라질 수 있다. 그에 반하여 트리거 전압은 일정한 값의 전압(즉, 변하지 않는 전압)이므로 비교기(240)의 비교 결과는 스위치(220)의 온도에 따라 달라질 수 있는 것이다.
이를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 단락 검출 회로(300)는 스위치(220)에 연결된 센서(310)를 통해 온도정보를 생성하고, 콘트롤러(320)는 입력된 온도정보를 이용하여 제3 증폭기(330)의 제3 게인을 제어할 수 있다.
예를 들어, 콘트롤러(320)와 연결된 메모리(미도시)에는 스위치(220)의 온도에 따른 도통 저항값의 변화에 대한 정보(그래프 또는 룩업 테이블 등)가 미리 저장되어 있을 수 있다. 따라서 콘트롤러(320)는 온도정보가 입력되면, 온도정보를 분석하여 스위치(220)의 도통 저항이 어떤 값으로 변경되었는지 판단할 수 있다. 또한, 콘트롤러(320)는 변화된 도통 저항값에 의해 센싱 전압(즉, V1)이 어떤 값으로 변화되었는지 판단할 수 있다. 따라서 콘트롤러(320)는 변화된 센싱 전압(V1)에 상응하도록 트리거 전압을 변화시키기 위해 제3 게인을 변화시킬 수 있다. 이에 의해 제3 증폭기(330)는 제3 게인에 따라 입력된 트리거 전압을 스위치(220)의 온도변화에 상응하도록 증폭하여 제2 전압(V2)을 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 단락 검출 회로(300)는 센서(310), 콘트롤러(320) 및 제3 증폭기(330)의 상기와 같은 동작에 의해 온도 변화에 따라 스위치(220)의 도통 저항값이 변해도 제1 전압과 제2 전압의 마진을 일정하게 유지할 수 있다.
도 3에서는 콘트롤러(320)가 센싱정보를 입력받아 제3 증폭기(330)의 제3 게인을 제어하는 경우를 가정하고 설명하였다. 하지만, 콘트롤러(320)는 이해와 설명의 편의를 위해 제3 증폭기(330)와 별개의 구성으로 표현된 것일 뿐이다. 따라서 제3 증폭기(330)는 센서(310)로부터 센싱정보를 직접 입력받아 제3 게인을 제어할 수도 있을 것이다.
또한, 도 3에서는 센서(310)가 온도정보를 생성하는 경우에 대해서만 예시하였으나, 센서(310)는 온도 외 다른 스위치(220)에 대한 환경 정보를 생성할 수도 있다. 예를 들어, 센서(310)는 습도 센서를 포함하여 스위치(220)의 습도에 대한 정보를 센싱정보로서 생성할 수 있다. 이때, 콘트롤러(320) 또는 제3 증폭기(330)에는 습도의 변화에 따른 스위치(220) 도통 저항값의 변화가 미리 저장되어 있을 수 있고, 이를 이용하여 제3 게인은 제어될 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 스위치(220)의 온도 변화에 제한되지 않음이 자명하다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 스위치의 단락 검출 회로를 예시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 스위치의 단락 검출 회로(400)는 도 2의 단락 검출 회로(200) 및 도 3의 단락 검출 회로(300)의 구성을 모두 포함할 수 있다.
즉, 도 4에서의 단락 검출 회로(400)는 센서(310), 콘트롤러(320) 및 제3 증폭기(330)의 동작에 의해 온도 변화에 따라 스위치(220)의 도통 저항값이 변해도 트리거 전압이 스위치(220)의 온도 변화에 따라 증폭되어 제2-1 전압(V2-1)이 출력될 수 있다. 즉, 센서(310)는 온도정보를 생성하여 콘트롤러(320)에 출력할 수 있고, 콘트롤러(320)는 온도정보를 이용하여 제3 증폭기(330)의 제3 게인을 제어할 수 있으며, 제3 증폭기(330)는 제3 게인을 이용하여 트리거 전압을 증폭하여 제2-1 전압을 출력할 수 있다.
또한, 도 4에서의 단락 검출 회로(400)는 제1 증폭기(250)가 센싱 전압을 증폭하여 제1 전압(V1)을 출력하고, 제2 증폭기(260)가 제2-1 전압을 증폭하여 제2 전압(V2)을 출력하는 동작에 의하여, 양 전압의 마진을 조정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도 4에서의 콘트롤러(320)는 온도정보를 이용하여 제1 증폭기(250)의 제1 게인 및 제2 증폭기(260)의 제2 게인을 제어할 수 있다. 콘트롤러(320)가 제1 게인 및 제2 게인을 제어하는 동작을 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 스위치의 단락 검출 회로의 전압 증폭 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5의 (a)는 단락 검출 회로(400)에 제1 증폭기(250) 내지 제3 증폭기(330)가 포함되지 않는 경우의 센싱 전압(Vdesat)과 트리거 전압(Vtrigger)의 전압 마진을 나타낸 그래프이다. 도 5의 (a)를 참조하면 스위치(220)의 온도 변화에 따라 양 전압의 마진이 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
도 5의 (b)는 단락 검출 회로(400)에 제3 증폭기(330)만 포함된 경우의 센싱 전압(Vdesat)과 트리거 전압(Vtrigger)의 전압 마진을 나타낸 그래프이다. 즉, 도 5의 (b)는 트리거 전압만 제3 게인(도 5의 k2)에 의해 증폭된 경우의 전압 마진을 나타낸 그래프이다. 이때, 제3 게인은 온도정보에 따라 제어된 것일 수 있다. 따라서 도 5의 (b)를 참조하면 스위치(220)의 온도 증가에 따라 센싱 전압(Vdesat)과 트리거 전압(Vtrigger)의 전압 마진이 줄어들지는 않으나, 오히려 커지는 것을 확인할 수 있다.
도 5의 (c)는 단락 검출 회로(400)에 제1 증폭기(250) 내지 제3 증폭기(330)가 모두 포함되어 있는 경우의 센싱 전압(Vdesat)과 트리거 전압(Vtrigger)의 전압 마진을 나타낸 그래프이다. 즉, 도 5의 (c)는 센싱 전압은 제1 게인(k1)에 따라 제1 전압으로 증폭되고, 트리거 전압은 제3 게인(k2)에 따라 제2-1 전압으로 증폭되며, 제2-1 전압은 제2 게인(예를 들어, 제1 게인과 동일한 k1)에 따라 제2 전압으로 증폭된 경우의 전압 마진을 나타낸 그래프이다. 이때, 제1 게인, 제2 게인 및 제3 게인은 온도정보에 따라 제어된 것일 수 있다.
예를 들어, 콘트롤러(320)는 온도정보가 입력되면, 온도정보를 분석하여 스위치(220)의 도통 저항이 어떤 값으로 변경되었는지 판단할 수 있음은 상술한 바와 같다. 또한, 콘트롤러(320)는 변화된 도통 저항값에 상응하는 제3 게인(k2)을 설정할 수 있다. 또한, 콘트롤러(320)는 제3 게인(k2)에 의해 제2-1 전압이 어떤 값으로 변화되었는지 알 수 있고, 이에 따라 제1`전압과 제2 전압의 마진을 온도 변화에도 일정하게 유지할 수 있는 제1 게인 및 제2 게인(k1)을 설정할 수 있을 것이다.
도 5의 (c)를 참조하면, 제1 전압은 온도의 증가에 따라 전압이 낮아지도록 제1 게인이 설정될 수 있고, 제2 게인이 제1 게인과 동일한 값으로 설정되면 제2 전압도 온도의 증가에 따라 전압이 낮아지도록 설정될 수 있으며, 이에 의해 스위치(220)의 온도가 변화되어도 센싱 전압(Vdesat)과 트리거 전압(Vtrigger)의 전압 마진 유지가 가능하고 전압 마진 크기의 조정도 가능하다.
한편, 도 4에서는 제2 증폭기(260)와 제3 증폭기(330)가 별개의 증폭기로 구현된 경우를 가정하고 설명하였으나, 제2 증폭기(260)와 제3 증폭기(330)의 특성을 결합한 단일의 증폭기(410)로 구현될 수도 있음이 자명하다. 즉, 단일 증폭기(410)의 게인('제 4 게인'이라 칭함)은 콘트롤러(320)의 제어를 받을 수 있고, 콘트롤러(320)는 온도정보를 분석하여 온도정보에 따라 트리거 전압이 단일의 증폭기(410)에 의해 V2가 되도록 하는 제4 게인을 설정할 수 있을 것이다.
도 6은 종래의 단락 검출 회로에 따른 스위치 전압과 트리거 전압의 마진 변화에 대한 시뮬레이션 결과이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 전압과 트리거 전압의 마진 변화에 대한 시뮬레이션 결과이다.
도 6은 도 1에 예시된 종래의 단락 검출 회로(100)의 스위치(120) 온도 변화에 따른 특성 변화를 나타낸 그래프이다. 도 6을 참조하면, 스위치(120)의 온도가 25도에선 트리거 전압과 센싱 전압의 마진이 0.85[V]이지만 스위치(120)의 온도가 85도로 증가하면 마진이 0.65[V]로 0.2[V] 하락하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 하락에 의해 종래의 단락 검출 회로(100)는 노이즈에 의한 단락 검출 오동작을 유발할 수 있으므로 스위치(120)의 온도가 25도일 때 보다 더 낮은 전류에서 단락을 검출할 수 밖에 없다.
도 7은 도 4에 예시된 본 발명에 따른 단락 검출 회로(400)의 스위치(220) 온도 변화에 따른 특성 변화를 나타낸 그래프이다. 스위치(220)의 온도가 25도일 때 제1 전압과 제2 전압의 마진이 0.93[V]로 측정되어, 종래의 경우보다 0.08[V] 높아진 것을 확인할 수 있다. 이로 인해 본 발명에 따른 단락 검출 회로(400)는 종래의 단락 검출 회로(100)보다 노이즈에 대한 내성이 높다는 것을 확인할 수 있다. 또한 스위치(220)의 온도가 85도일 때 제1 전압과 제2 전압의 마진이 0.86[V]로 측정되어, 25도일 때에 비하여 0.07[V] 감소한 것을 확인할 수 있다. 도 6의 종래의 단락 검출 회로(100)가 같은 조건에서 0.2[V] 감소한 것에 비하면 월등히 적게 변한 것을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 스위치의 단락 검출 회로(200, 300, 400)은 센싱 전압에 상응하는 제1 전압과 트리거 전압에 상응하는 제2 전압의 마진이 커지거나 및/또는 온도 변화 등 전력 스위치의 환경이 변화되어도 스위치 전압과 트리거 전압의 마진 변화가 일정할 수 있으므로, 안정적인 단락 검출이 가능하다.
또한, 본 발명을 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
200: 단락 검출 회로
210: 게이트 드라이버
220: 스위치
230: 전압 측정 회로
240: 비교기

Claims (8)

  1. 스위치;
    제1 전압 및 제2 전압을 비교하는 비교기; 및
    상기 제1 전압과 상기 제2 전압 간의 마진(margin)을 조정하기 위해 입력값을 미리 설정된 게인으로 증폭하여 상기 제1 전압 및 상기 제2 전압 중 하나 이상을 출력하는 증폭기;
    를 포함하되,
    상기 증폭기는,
    상기 스위치의 전압을 상기 입력값으로 하고, 상기 제1 전압을 출력하는 제1 증폭기; 및
    미리 설정된 트리거 전압을 상기 입력값으로 하고, 상기 제2 전압을 출력하는 제2 증폭기;
    중 하나 이상을 포함하는, 단락 검출 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 증폭기의 제1 게인과 상기 제2 증폭기의 제2 게인은 동일한 것을 특징으로 하는, 단락 검출 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스위치에 상응하는 센싱정보를 생성하는 센서;
    를 더 포함하되,
    상기 제1 증폭기는, 측정된 상기 센싱정보에 상응하도록 상기 스위치의 전압을 증폭하여 상기 제1 전압을 출력하는, 단락 검출 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스위치에 상응하는 센싱정보를 생성하는 센서;
    를 더 포함하되,
    상기 제2 증폭기는, 측정된 상기 센싱정보에 상응하도록 상기 트리거 전압을 증폭하여 상기 제2 전압을 출력하는, 단락 검출 회로.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 센싱정보는 상기 스위치에 연결된 온도센서에서 센싱된 스위치온도에 대한 정보이고,
    상기 제1 증폭기 및 상기 제2 증폭기 중 하나 이상은 상기 스위치온도에 따라 게인이 변화되는, 단락 검출 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스위치에 상응하는 센싱정보를 생성하는 센서;
    를 더 포함하되,
    상기 증폭기는 상기 제1 증폭기 및 상기 제2 증폭기를 모두 포함하고,
    상기 제1 증폭기는 상기 스위치의 전압을 제1 게인으로 증폭하여 상기 제1 전압을 출력하고,
    상기 제2 증폭기는,
    상기 트리거 전압을 제2 게인으로 증폭하여 제2-1 전압을 출력하는 제2-1 증폭기; 및
    상기 제2-1 전압을 제3 게인으로 증폭하여 상기 제2 전압을 출력하는 제2-2 증폭기;
    를 포함하며,
    상기 제2 게인은 상기 센싱정보에 의해 변경되는, 단락 검출 회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 게인과 상기 제2 게인은 동일한 것을 특징으로 하는, 단락 검출 회로.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 센싱정보는 상기 스위치에 연결된 온도센서에서 센싱된 스위치온도에 대한 정보이고,
    상기 제1 게인, 상기 제2 게인 및 상기 제3 게인은 상기 스위치온도에 따라 변화되는 것인, 단락 검출 회로.
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KR20240020411A (ko) 2022-08-08 2024-02-15 엘아이지넥스원 주식회사 고전압 전원공급기용 단락 보호 회로

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