KR102446957B1 - Igbt 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치 - Google Patents

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IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치가 개시된다. 본 발명의 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치는 IGBT(Isolated Gate Bipolar Transistor)의 게이트의 싱크 전류를 조절하는 싱크 전류 조절부; 싱크 전류 조절부로 싱크 전류가 인가되도록 싱크 전류의 전류패스를 변경하는 전류패스 변경부; 및 IGBT의 컬렉터-이미터 전압을 모니터링하여 모니터링 결과에 따라 전류패스 변경부를 제어하여 싱크 전류가 싱크 전류 조절부에 인가되도록 하는 전압 모니터링부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING SWITCHING SLOPE OF IGBT GATE DRIVER}
본 발명은 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 IGBT의 게이트-이미터 전압에 따라 IGBT 게이트의 게이트 전류 싱크 패스의 저항값을 조절하여 IGBT 게이트 드라이버의 스위칭 슬로프를 조절할 수 있도록 한, IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치에 관한 것이다.
IGBT는 보통 수백 볼트 이상 고전압 환경에서 구동하기 때문에 온(on) 상태에 있는 IGBT의 반대 위치에 있는 오프(off) 상태 IGBT쪽 프리휠링 다이오드는 수백 볼트 이상으로 역 바이어스 상태에 있게 된다.
온 상태에 있는 로우사이드(Lowside) IGBT가 온 상태에서 오프 상태로 전환되면 하프 브릿지(half bridge)의 출력 노드에 급작스레 (+) 전하가 쌓이게 되고, 이 노드의 전압이 고전압 배터리 전압 이상으로 상승할 때 비로소 하이사이드(highside) IGBT의 프리휠링 다이오드가 온되어 전압이 클램핑된다.
다이오드는 포워드 리커버리 타임(forward recovery time) 특성이 있는데, 역방향 바이어스 상태인 다이오드에 갑자기 순방향 바이어스를 걸었을 때 포워드 리커버리 타임 동안은 순방향 다이오드 전압이 큰 전압으로 증가하는 현상이 나타난다. 또한 하이사이드 IGBT 이미터와 로우사이드(lowside) IGBT 컬렉터를 연결하는 전선에도 약간의 인덕턴스가 존재하는데, 스위칭시에 이 전선에 전류 변화량이 큰 전류가 유입되어 큰 전압이 발생할 수 있다. 이러한 전압 레벨이 IGBT나 게이트 드라이버(gate driver)의 내압 이상일 경우 소자에 소손이 발생할 수 있다.
이를 방지하기 위해 종래에는 IGBT 게이트 신호의 온/오프 패스(on/off path)를 다르게 구성하여 IGBT를 온할 때보다 오프할 때 스위칭 속도가 더 느리게 한다. 이에, 로우사이드 IGBT가 완전히 꺼지지 않은 상태에서 하이사이드 IGBT로 프리휠링이 시작되고, 로우사이드 IGBT에서 전류를 어느 정도 소모하고 있기 때문에 하프 브릿지의 출력 노드의 전압 상승 속도를 늦출 수 있게 된다. 프리휠링이 시작되고 다이오드의 포워드 리커버리 타임 이상 시간이 지나게 되면 프리휠링에 의한 역기전력 클램핑이 정상적으로 수행되게 된다. 이런 회로를 최종적으로 고정하기 위해서는 오프 스위칭 속도를 얼마나 늦출지에 대해 여러 온도 조건에서 반복 시험을 진행하여 오프 신호 저항값을 선정하여야 한다. 이럴 경우 모든 상황에 대한 반복 검증이 어렵고, 저항값이 고정된 상태로 회로가 구성되기 때문에 과도한 마진(margin) 설계가 되어 IGBT가 스위칭에 의한 발열 손실이 크게 발생하게 된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 10-2018-0047907호(2018.05.10)의 '전력 공급장치에서 게이트 드라이버의 연결 구조'에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 IGBT 게이트 드라이버가 온 상태에서 오프상태가 되면 IGBT의 게이트-이미터 전압이 설정 전압이 이상인지를 모니터링하고 모니터링 결과에 따라 IGBT 게이트의 게이트 전류 싱크 패스의 저항값을 조절하여 싱크 전류를 저감시키는 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치는 IGBT(Isolated Gate Bipolar Transistor)의 게이트의 싱크 전류를 조절하는 싱크 전류 조절부; 상기 싱크 전류 조절부로 싱크 전류가 인가되도록 싱크 전류의 전류패스를 변경하는 전류패스 변경부; 및 상기 IGBT의 컬렉터-이미터 전압을 모니터링하여 모니터링 결과에 따라 상기 전류패스 변경부를 제어하여 싱크 전류가 상기 싱크 전류 조절부에 인가되도록 하는 전압 모니터링부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 전압 모니터링부는 상기 IGBT의 컬렉터-이미터 전압이 기 설정된 설정전압 이상의 전압이면 상기 전류패스 변경부를 제어하여 상기 싱크 전류 조절부로 싱크 전류가 인가되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 전압 모니터링부는 상기 IGBT의 컬렉터-이미터 전압을 감지하는 전압 감지부; 상기 전압 감지부의 출력 전압을 반전 증폭하여 출력하는 반전 증폭부; 상기 반전 증폭부의 출력 전압을 기준 전압과 비교하는 비교부; 및 상기 비교부의 출력 전압과 상기 IGBT의 게이트 오프 신호 및 필터타임에 따라 상기 전류패스 변경부를 제어하는 전류패스 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 전류패스 제어부는 상기 IGBT의 게이트 오프 신호가 입력되면 상기 필터타임 이외의 시간 동안 상기 비교부의 출력 전압이 로우 레벨인지를 판별하여 상기 비교부의 출력 전압이 로우 레벨이면 상기 전류패스 변경부를 제어하여 상기 싱크 전류 조절부로 싱크 전류가 인가되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 필터 타임은 상기 IGBT에 병렬 연결된 다이오드의 포워드 리커버리 타임(Forward recovery time) 사양에 따라 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 싱크 전류 조절부는 병렬 연결된 적어도 하나의 싱크 전류 조절 저항; 및 상기 싱크 전류 조절 저항 각각에 직렬 연결되어 상기 싱크 전류 조절 저항 각각에 인가되는 싱크 전류를 단속하는 싱크 전류 조절 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 싱크 전류 조절 저항은 저항값이 서로 상이한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 싱크 전류 조절 스위치는 독립적으로 스위칭되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 싱크 전류 조절 스위치는 상기 IGBT의 게이트 전압 하강 속도에 따라 상기 싱크 전류 조절 저항의 저항값이 증가되도록 스위칭되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 외부 기기로부터 상기 싱크 전류 조절 스위치의 스위칭 상태를 선택하기 위한 레지스터값을 입력받아 설정하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치는 IGBT 게이트 드라이버가 온 상태에서 오프상태가 되면 IGBT의 게이트-이미터 전압이 설정 전압이 이상인지를 모니터링하고 모니터링 결과에 따라 IGBT 게이트의 게이트 전류 싱크 패스의 저항값을 조절하여 싱크 전류를 저감시킴으로써, IGBT 게이트 드라이버의 스위칭 슬로프를 조절할 수 있도록 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치는 여러 온도 조건에서 역기전력 클램핑을 위한 IGBT 오프 슬로프 검증 시험을 거칠 필요없이 역기전력에 대해 능동적으로 IGBT 오프 슬로프를 낮출 수 있어 제품의 신뢰성을 높이고 개발 투여 시간을 줄일 수 있도록 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 IGBT 게이트 드라이버의 회도도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치의 회로도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 IGBT의 컬렉터 이미터 전압이 과전압이 아닌 상태에서의 싱크 전류를 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 IGBT의 컬렉터 이미터 전압이 과전압인 상태에서의 싱크 전류를 나타낸 도면이다.
도 5 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 IGBT 게이트 드라이버의 회도도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 IGBT 게이트 드라이버의 회도도이다.
도 1 을 참조하면, 대전류 구동하는 IGBT(Isolated Gate Bipolar Transistor)를 이용하여 하프 브릿지 형태의 모터(60)를 구동하는 회로에 있어서, 게이트 드라이버(10)는 하이사이드 IGBT(20)와 로우사이드 IGBT(30)에 연결되어 이들 하이사이드 IGBT(20)와 로우사이드 IGBT(30)를 각각 온 또는 오프시킨다.
여기서, 하이사이드 IGBT(20)와 로우사이드 IGBT(30)에는 역기전력을 제거하기 위해 컬렉터와 이미터 사이에 다이오드(D)가 탑재된다.
이에 따라, 하이사이드 IGBT(20)와 로우사이드 IGBT(30) 각각은 온 상태에서 오프 상태로 전환시 다이오드(D)를 통해 역기전력 전압이 클램핑되어 게이트 드라이버(10)와 IGBT의 내압 범위 안에서 동작할 수 있도록 컨트롤된다.
통상적으로, IGBT는 보통 수백 볼트 이상 고전압 환경에서 구동하기 때문에 온 상태에 있는 IGBT(하이사이드 IGBT(20)와 로우사이드 IGBT(30) 중 어느 하나)의 반대 위치에 있는 오프 상태의 IGBT(하이사이드 IGBT(20)와 로우사이드 IGBT(30) 중 어느 하나)측 프리휠링 다이오드(D)는 수백 볼트 이상으로 역 바이어스 상태에 있게 된다.
온 상태에 있는 로우사이드 IGBT(30)가 온에서 오프로 전환되면 하프 브릿지의 출력 노드에 급작스럽게 (+)전하가 쌓이게 된다. 이 노드의 전압이 배터리 전압 이상으로 상승하면, 하이사이드 IGBT(20)에 병렬 연결된 다이오드(D)가 온되어 프리휠링 전류가 흐르게 되고, 로우사이드 IGBT(30)의 컬렉터-이미터 전압이 일정 전압(배터리 전압+0.7V)의 범위로 제한된다.
또한, 온 상태에 있는 하이사이드 IGBT(20)가 온에서 오프로 전환되면 하프 브릿지의 출력 노드에 (-)전하가 쌓이게 된다. 이 노드의 전압이 그라운드 전위 이하로 하강하며, 로우사이드 IGBT(30)에 병렬 연결된 다이오드(D)가 온되어 프리휠링 전류가 흐르게 되고, 하이사이드 IGBT(20)의 컬렉터-이미터 전압이 일정 전압(배터리 전압+0.7V)의 범위로 제한된다.
일반적으로, 다이오드(D)는 포워드 리커버리 타임(forward recovery time) 특성이 있다. 역방향 바이어스 상태인 다이오드(D)에 갑자기 순방향 바이어스가 걸릴 경우, 순방향 전류의 증가 속도(di/dt)가 매우 크면, 포워드 리커버리 타임 동안 순방향 다이오드 전압이 수백 볼트 고전압으로 급격하게 증가하는 현상이 발생한다. 이 피크 전압 레벨이 IGBT나 게이트 드라이버(10)의 내압 이상이면 소자 소손이 발생할 위험이 있다.
이에, 게이트 구동회로에는 IGBT의 게이트의 싱크 전류의 전류패스를 형성하는 전류패스 형성부(40,50)가 구비된다. 전류패스 형성부(40,50)는 하이사이드 IGBT(20)와 로우사이드 IGBT(30)와 일대일 대응되게 설치된다.
하이사이드 IGBT(20)측에 연결된 전류패스 형성부(40)는 2개의 저항이 병렬연결되고 이들 중 어느 하나에는 다이오드가 연결될 수 있다. 다이오드는 애노드가 게이트 드라이버(10)에 연결되고 캐소드가 저항을 통해 하이사이드 IGBT(20)의 게이트에 연결된다.
로우사이드 IGBT(30)측에 연결된 전류패스 형성부(50)는 2개의 저항이 병렬연결되고 이들 중 어느 하나에는 다이오드가 연결될 수 있다. 다이오드는 애노드가 게이트 드라이버(10)에 연결되고 캐소드가 저항을 통해 로우사이드 IGBT(30)의 게이트에 연결된다.
이러한 전류패스 형성부(40,50) 각각은 IGBT 게이트 신호의 온/오프 패스(on/off path)가 다르게 형성된다. 전류패스 형성부(40,50)는 IGBT의 게이트를 차징(charging)하는 소싱 패스(Sourcing path)에서는 저항이 병렬 구성되어 합성 저항이 작아 소싱 전류가 커지게 된다. 반면에, 전류패스 형성부(40,50)는 싱크 패스(sink path)에서는 다이오드가 역바이어스가 되기 때문에 저항 하나로만 싱크 전류 패스가 형성된다. 따라서 싱크패스의 저항이 상대적으로 커 소싱 전류보다 싱크 전류가 더 작게 형성된다.
싱크 전류의 세기에 따라 IGBT의 스위칭 슬로프(slope)가 결정되기 때문에 IGBT를 온할 때보다 오프할 때 스위칭 속도를 더 감소시킬 수 있게 된다.
이에, 본 실시예에 따른 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치는 게이트 드라이버(10)가 온 상태에서 오프상태가 되면, IGBT 게이트에 오프 신호가 입력된 시점으로부터 다이오드(IGBT와 병렬연결된 다이오드)의 포워드 리커버리 타임 동안 IGBT의 게이트-이미터 전압을 모니터링한다. 이 과정에서, 모니터링된 전압이 설정전압 이상이면, IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치는 IGBT 게이트의 싱크 패스의 저항값을 증가시켜 싱크 전류를 저감시켜 IGBT의 스위칭 슬로프(slope)를 제어할 수 있도록 한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치의 회로도이고, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 IGBT의 컬렉터 이미터 전압이 과전압이 아닌 상태에서의 싱크 전류를 나타낸 도면이며, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 IGBT의 컬렉터 이미터 전압이 과전압인 상태에서의 싱크 전류를 나타낸 도면이다.
도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치는 싱크 전류 조절부(300), 전류패스 변경부(200), 전압 모니터링부(100), 및 제어기(400)를 포함한다.
먼저, 전압 모니터링부(100)는 하이사이드 IGBT(20)의 컬렉터-이미터 전압을 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 전류패스 변경부(200)를 제어하여 싱크 전류가 싱크 전류 조절부(300)에 인가되도록 한다. 이 경우, 전압 모니터링부(100)는 IGBT의 컬렉터-이미터 전압이 기 설정된 설정전압 이상의 전압이면 전류패스 변경부(200)를 제어하여 싱크 전류가 싱크 전류 조절부(300)로 인가되도록 한다.
전압 모니터링부(100)는 하이사이드 IGBT(20)의 컬렉터-이미터 전압을 감지하는 전압 감지부(110), 전압 감지부(110)의 출력 전압을 반전 증폭하여 출력하는 반전 증폭부(120), 반전 증폭부(120)의 출력 전압을 기준 전압과 비교하는 비교부(130), 및 비교부(130)의 출력 전압과 IGBT의 게이트 오프 신호 및 필터타임에 따라 전류패스 변경부(200)를 제어하는 전류패스 제어부(140)를 포함한다.
전압 감지부(110)는 제너 다이오드(ZD), 전류 센싱 다이오드(D) 및 전류 센싱 저항(R)을 포함한다.
제너 다이오드(ZD)는 캐소드가 하이사이드 IGBT(20)의 컬렉터와 연결되고 애노드가 전류 센싱 저항(R)의 일측에 연결된다. 전류 센싱 다이오드(D)는 애노드가 전류 센싱 저항의 타측에 연결되고 캐소드가 하이사이드 IGBT(20)의 이미터에 연결된다. 전류 센싱 저항(R)은 제너 다이오드(ZD)와 전류 센싱 다이오드(D) 사이에 연결된다.
이에, 하이사이드 IGBT(20)의 컬렉터-이미터의 전압이 기 설정된 설정전압 이상으로 형성되면, 제너 다이오드(ZD)가 역바이어스로 도통된다. 이때, 제너 다이오드(ZD)에 직렬 연결된 전류 센싱 저항(R)에 전류가 흘러 전류 센싱 저항(R)의 양단 간에 전압이 발생한다. 전류 센싱 저항(R) 양단 간에 형성된 전압은 반전 증폭부(120)로 출력된다.
반전 증폭부(120)는 전압 감지부(110)의 출력 전압을 반전 증폭하여 출력한다. 반전 증폭부(120)는 내부에 반전 증폭기(121)를 포함한다. 반전 증폭기(121)는 전류 센싱 저항(R)에 발생한 전압 신호를 입력받는다.
반전 증폭기(121)는 전압 감지부(110)로부터 전압 신호가 입력되면 그 입력 전압이 클수록 하이 레벨 아날로그 전압보다 더 낮은 전압을 형성하여 출력한다. 이에, 하이사이드 IGBT(20)의 컬렉터-이미터 전압이 높아질수록 반전 증폭기(121)의 출력 전압은 더욱 낮아지게 된다. 한편, 반전 증폭기(121)는 전압 감지부(110)로부터 입력이 없을 때에는 하이 레벨 아날로그 전압을 출력한다.
비교부(130)는 반전 증폭부(120)의 출력 전압을 기준전압과 비교한다. 비교부(130)는 내부에 비교기(131)를 구비한다. 비교기(131)는 마이너스 입력단으로 기준전압을 입력받고 플러스 입력단으로 반전 증폭부(120)의 출력 전압을 입력받는다. 비교기(131)는 기준전압과 반전 증폭부(120)의 출력전압을 비교하여 반전 증폭부(120)의 출력전압이 기준 전압보다 낮아지면 로우 레벨의 디지털 전압을 출력한다.
즉, 하이사이드 IGBT(20)의 컬렉터-이미터 전압이 설정전압 이상의 과전압이 입력되어 반전 증폭부(120)로부터 입력된 전압이 기준 전압보다 낮아지면, 비교기(131)는 로우 레벨의 디지털 전압을 출력한다.
전류패스 제어부(140)는 비교부(130)의 출력 전압, 하이사이드 IGBT(20)의 게이트 오프 신호 및 필터타임에 따라 전류패스 변경부(200)를 제어한다. 전류패스 제어부(140)는 하이사이드 IGBT(20)의 게이트 오프 신호가 입력되면 필터타임 이외의 시간 동안 비교부(130)의 출력 전압이 로우 레벨인지를 판별한다. 판별 결과, 비교부(130)의 출력 전압이 로우 레벨이면, 전류패스 제어부(140)는 전류패스 변경부(200)를 제어하여 싱크 전류 조절부(300)로 싱크 전류가 인가되도록 한다.
여기서, IGBT에 병렬 연결된 다이오드의 포워드 리커버리 타임(Forward recovery time) 사양에 따라 설정될 수 있다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 전류패스 제어부(140)는 비교부(130)의 출력 전압 이외에 하이사이드 IGBT(20)의 게이트 오프 신호와 필터타임 레지스터 값을 입력받는다.
전류패스 제어부(140)는 게이트 오프 신호가 입력되면 비교부(130)의 출력 전압이 로우 레벨인지를 판별한다. 이 경우 전류패스 제어부(140)는 비교부(130)의 출력 전압이 로우 레벨인지를 판별하는 과정을 필터타임 동안에는 수행하지 않고, 필터 타임 동안에만 수행한다.
필터 타임은 게이트 드라이버(10)의 레지스터(register)를 통해 하이사이드 IGBT(20)에 병렬 연결된 다이오드(D)의 포워드 리커버리 타임 사양을 고려하여 사전에 설정될 수 있다.
전류패스 제어부(140)는 게이트 오프 신호 입력 감지 시점으로부터 필터 타임이 경과한 후에도 비교부(130)의 출력 전압이 로우 레벨을 유지할 경우 디지털 출력 전압 레벨을 하이 레벨에서 로우 레벨로 반전시킨다. 로우 레벨로 반전된 출력 전압은 하이사이드 IGBT(20)의 컬렉터-이미터 전압이 감소하여 비교부(130)의 출력 전압이 다시 하이 레벨로 올라가기 전까지 유지된다.
전류패스 변경부(200)는 전류패스 제어부(140)의 출력 신호에 따라 싱크 전류 조절부(300)로 싱크 전류가 인가되도록 싱크 전류의 전류패스를 변경한다.
전류패스 변경부(200)는 싱크 전류 조절부(300)와 병렬 연결되며, 전류패스 변경부(200)와 싱크 전류 조절부(300) 각각은 전류패스 형성부(20)와 연결된다. 이에, 전류패스 변경부(200)에 의해 전류패스 형성부(20)로부터 입력되는 싱크 전류가 싱크 전류 조절부(300)에 입력될 수 있다.
전류패스 변경부(200)는 N채널 MOSFET일 수 있다. 즉, MOSFET는 게이트가 전류패스 변경부(200)의 출력단과 연결되고 드레인이 전류패스 형성부와 연결되며 소스가 하이사이드 IGBT(20)의 이미터와 전류 센싱 다이오드의 캐소드에 연결된다.
따라서, 전류패스 변경부(200)의 출력은 N채널 MOSFET의 게이트-소스에 전압을 공급한다. 따라서, 평시에는 MOSFET의 게이트-소스에 하이 전압이 인가되므로, 도 3 에 도시된 바와 같이 MOSFET이 온되어 하이사이드 IGBT(20)의 게이트의 싱크 전류가 MOSFET를 통해 흐른다.
반면에, IGBT의 컬렉터-이미터의 전압이 설정전압 이상이면, 전류패스 제어부(140)에서 MOSFTE 게이트-소스에 로우 전압을 출력하여 MOSFET이 오프된다. 이에 따라, 하이사이드 IGBT(20)의 게이트의 싱크 전류가 싱크 전류 조절부(300)로 입력된다.
싱크 전류 조절부(300)는 전류패스 형성부(20)로부터 유입되는 싱크 전류를 조절한다. 싱크 전류 조절부(300)는 복수 개의 싱크 전류 조절 저항(310) 및 싱크 전류 조절 스위치(320)를 포함한다.
싱크 전류 조절 저항(310)은 복수 개가 구비될 수 있으며 서로 병렬 연결된다. 본 실시예에서는 싱크 전류 조절 저항(310)으로 R1, R2, R3를 예시로 설명한다. 싱크 전류 조절 저항(310)은 저항값이 동일하거나 서로 상이할 수 있다. 싱크 전류 조절 저항(310)의 개수와 저항값은 특별히 한정되는 것은 아니며, 사용자의 필요에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
싱크 전류 조절 스위치(320)는 복수 개가 구비될 수 있으며 상기한 싱크 전류 조절 저항(310) 각각을 통해 흐르는 싱크 전류를 단속한다. 본 실시예에서는 싱크 전류 조절 스위치(310)로 SW1, SW2, SW3를 예시로 설명한다. 이에, R1과 SW1이 직렬 연결되고, R2와 SW2가 직렬 연결되며, R3와 SW3가 직렬 연결될 수 있다.
한편, 싱크 전류 조절 스위치(320)가 독립적으로 선택되어져 스위칭됨으로써, 싱크 전류 조절 저항(310)의 전체 저항값이 변경되고 이를 토대로 싱크 전류 조절 저항(310)을 통해 흐르는 전체 싱크 전류를 조절할 수 있다.
이 경우, 싱크 전류 조절 스위치(320)는 하이사이드 IGBT(20)의 게이트 전압 하강 속도에 따라 싱크 전류 조절 저항(310)의 저항값이 증가되도록 스위칭되어 싱크 전류를 감소시킴으로써, 하이사이드 IGBT(20)의 스위칭 슬로프를 조절할 수 있다.
제어기(400)는 외부 기기로부터 싱크 전류 조절 스위치(320)의 스위칭 상태를 선택하기 위한 레지스터값을 입력받아 설정한다. 즉, 제어기(400)는 상기한 싱크 전류 조절 스위치(320)를 선택적으로 스위칭하기 위한 레지스터값을 외부 기기로부터 입력받아 업데이트할 수 있다. 이에, 사용자는 제어기(400)를 통해 필요에 따라 싱크 전류 조절 스위치(320) 제어를 위한 레지스터값을 설정 및 변경할 수 있다.
상기한 실시예는 하이사이드 IGBT(20)를 예시로 설명하였다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치는 로우사이드 IGBT(30)에도 적용될 수 있으며, 그 구체적인 구성 및 동작은 하이사이드 IGBT의 경우와 동일하다. 도 5 에는 본 발명의 일 실시예에 따른 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치가 로우사이드 IGBT(30)에 설치된 예가 도시되었다. 다만, 싱크 전류 조절부(300)와 전류패스 변경부(200)는 로우사이드측 전류패스 형성부(30)와 연결될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치는 IGBT 게이트 드라이버가 온 상태에서 오프상태가 되면 IGBT의 게이트-이미터 전압이 설정 전압이 이상인지를 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라 IGBT 게이트의 게이트 전류 싱크 패스의 저항값을 조절하여 싱크 전류를 저감시킴으로써, IGBT 게이트 드라이버의 스위칭 슬로프를 조절할 수 있도록 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치는 여러 온도 조건에서 역기전력 클램핑을 위한 IGBT 오프 슬로프 검증 시험을 거칠 필요없이 역기전력에 대해 능동적으로 IGBT 오프 슬로프를 낮출 수 있어 제품의 신뢰성을 높이고 개발 투여 시간을 줄일 수 있도록 한다.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: 게이트 드라이버 20: 하이사이드 IGBT
30: 로우사이드 IGBT 40, 50: 전류패스 형성부
60: 모터 100: 전압 모니터링부
110: 전압 감지부 120: 반전 증폭부
130: 비교부 140: 전류패스 제어부
200: 전류패스 변경부 300: 싱크 전류 조절부
310: 싱크 전류 조절 저항 320: 싱크 전류 조절 스위치
400: 제어기

Claims (10)

  1. IGBT(Isolated Gate Bipolar Transistor)의 게이트의 싱크 전류를 조절하는 싱크 전류 조절부;
    상기 싱크 전류 조절부로 싱크 전류가 인가되도록 싱크 전류의 전류패스를 변경하는 전류패스 변경부; 및
    상기 IGBT의 컬렉터-이미터 전압을 모니터링하여 모니터링 결과에 따라 상기 전류패스 변경부를 제어하여 싱크 전류가 상기 싱크 전류 조절부에 인가되도록 하는 전압 모니터링부를 포함하고,
    상기 전류패스 변경부는 상기 싱크 전류 조절부와 병렬 연결되며,
    상기 전류패스 변경부는 상기 전압 모니터링부로부터 게이트에 인가되는 전압에 따라 온 또는 오프되어 상기 싱크 전류 조절부로 싱크 전류가 인가되도록 하는 MOSFET인 것을 특징으로 하는 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전압 모니터링부는
    상기 IGBT의 컬렉터-이미터 전압이 기 설정된 설정전압 이상의 전압이면 상기 전류패스 변경부를 제어하여 상기 싱크 전류 조절부로 싱크 전류가 인가되도록 하는 것을 특징으로 하는 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치.
  3. IGBT의 게이트의 싱크 전류를 조절하는 싱크 전류 조절부;
    상기 싱크 전류 조절부로 싱크 전류가 인가되도록 싱크 전류의 전류패스를 변경하는 전류패스 변경부; 및
    상기 IGBT의 컬렉터-이미터 전압을 모니터링하여 모니터링 결과에 따라 상기 전류패스 변경부를 제어하여 싱크 전류가 상기 싱크 전류 조절부에 인가되도록 하는 전압 모니터링부를 포함하고,
    상기 전압 모니터링부는 상기 IGBT의 컬렉터-이미터 전압을 감지하는 전압 감지부; 상기 전압 감지부의 출력 전압을 반전 증폭하여 출력하는 반전 증폭부; 상기 반전 증폭부의 출력 전압을 기준 전압과 비교하는 비교부; 및 상기 비교부의 출력 전압, 상기 IGBT를 오프시키기 위한 게이트 오프 신호, 및 상기 비교부의 출력 전압이 로우 레벨로 유지되는지를 확인하는 필터 타임에 따라 상기 전류패스 변경부를 제어하는 전류패스 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전류패스 제어부는
    상기 IGBT의 게이트 오프 신호가 입력되면, 상기 필터 타임이 경과한 후에도 상기 비교부의 출력 전압이 로우 레벨인지를 판별하여 상기 비교부의 출력 전압이 로우 레벨이면 상기 전류패스 변경부를 제어하여 상기 싱크 전류 조절부로 싱크 전류가 인가되도록 하는 것을 특징으로 하는 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 필터 타임은
    상기 IGBT에 병렬 연결된 다이오드의 포워드 리커버리 타임(Forward recovery time) 사양에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 싱크 전류 조절부는
    서로 간에 병렬 연결되는 복수 개의 싱크 전류 조절 저항; 및
    상기 싱크 전류 조절 저항 각각에 직렬 연결되어 상기 싱크 전류 조절 저항 각각에 인가되는 싱크 전류를 단속하는 싱크 전류 조절 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 싱크 전류 조절 저항은
    저항값이 서로 상이한 것을 특징으로 하는 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 싱크 전류 조절 스위치는
    독립적으로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치.
  9. IGBT의 게이트의 싱크 전류를 조절하는 싱크 전류 조절부;
    상기 싱크 전류 조절부로 싱크 전류가 인가되도록 싱크 전류의 전류패스를 변경하는 전류패스 변경부; 및
    상기 IGBT의 컬렉터-이미터 전압을 모니터링하여 모니터링 결과에 따라 상기 전류패스 변경부를 제어하여 싱크 전류가 상기 싱크 전류 조절부에 인가되도록 하는 전압 모니터링부를 포함하고,
    상기 싱크 전류 조절부는 서로 간에 병렬 연결되는 복수 개의 싱크 전류 조절 저항; 및 상기 싱크 전류 조절 저항 각각에 직렬 연결되어 상기 싱크 전류 조절 저항 각각에 인가되는 싱크 전류를 단속하는 싱크 전류 조절 스위치를 포함하며,
    상기 싱크 전류 조절 스위치는 상기 IGBT의 게이트 전압 하강 속도에 따라 상기 싱크 전류 조절 저항의 저항값이 증가되도록 스위칭되는 것을 특징으로 하는 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치.
  10. 제 6 항에 있어서, 외부 기기로부터 상기 싱크 전류 조절 스위치의 스위칭 상태를 선택하기 위한 레지스터값을 입력받아 설정하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 IGBT 게이트 드라이버 스위칭 슬로프 제어 장치.
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