KR102460421B1 - 전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치 및 전류 모니터링 방법 - Google Patents

전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치 및 전류 모니터링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 관점에 의한 전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치는, 전력 반도체 소자의 스위칭 시 동작 파라미터를 감지하기 위해서 상기 전력 반도체 소자에 결합된 센싱부와, 상기 센싱부에 연결되고, 상기 센싱부에서 감지된 상기 동작 파라미터 및 기 저장된 상기 전력 반도체 소자의 상기 동작 파라미터와 출력 전류의 관계에 대한 데이터로부터 상기 전력 반도체 소자의 출력 전류를 산출하는 제어부를 포함한다.

Description

전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치 및 전류 모니터링 방법{Apparatus and method for monitoring current of power semiconductor device}
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전력 전달을 스위칭하기 위한 전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치 및 전류 모니터링 방법에 관한 것이다.
전력 반도체 소자는 고전압과 고전류 환경에서 동작하는 반도체 소자이다. 예를 들어, 전력 반도체 소자로는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor), 전력 모스펫(Power MOSFET) 등을 들 수 있다. 이러한 전력 반도체 소자는 고전압에 대한 내압 특성이 기본적으로 요구되며, 최근에는 부가적으로 고속 스위칭 동작을 요하고 있다.
전력 반도체 소자는 고전력 스위칭이 필요한 분야, 예컨대 인버터 시스템에 이용되고 있다. 인버터 시스템에서 전력 반도체 소자의 반복적인 스위칭을 통해서 배터리의 직류 신호를 교류 신호로 바꾸어 모터를 구동할 수 있다.
통상적으로, 이러한 전력 반도체 소자는 동작 전류를 모니터링 하기 위하여 메인 동작 셀에 비해서 소정 미러링(mirroring) 비로 센서 영역에 전류 센서 셀을 형성하여 메인 동작 셀의 전류를 모니터링하고 있다. 하지만, 이 경우 전류 센서 셀의 동작에 따라서 부가적인 전력 소모가 발생되며, 센서 영역의 할당에 따른 메인 동작 셀의 밀도가 줄어드는 단점이 있다.
일본특허공개공보 2018-050297호(2018.03.29. 공개)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 메인 동작 셀 또는 전류 센서 셀의 동작 전류를 모니터링하지 않고 전력 반도체 소자의 출력 전류를 모니터링할 수 있는 전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 의한 전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치는, 전력 반도체 소자의 스위칭 시 동작 파라미터를 감지하기 위해서 상기 전력 반도체 소자에 결합된 센싱부와, 상기 센싱부에 연결되고, 상기 센싱부에서 감지된 상기 동작 파라미터 및 기 저장된 상기 전력 반도체 소자의 상기 동작 파라미터와 출력 전류의 관계에 대한 데이터로부터 상기 전력 반도체 소자의 출력 전류를 산출하는 제어부를 포함한다.
상기 전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치에 있어서, 상기 센싱부는 상기 동작 파라미터로 상기 전력 반도체 소자의 스위칭 시 밀러 구간에서 컬렉터-에미터 전압 및 게이트-에미터 전압 중 적어도 하나를 감지할 수 있다.
상기 전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치에 있어서, 상기 센싱부는, 상기 전력 반도체 소자의 컬렉터-에미터 전압을 감지하도록 상기 전력 반도체 소자의 컬렉터 단자와 에미터 단자 사이에 접속된 제 1 전압 센싱부와, 상기 전력 반도체 소자의 게이트-에미터 전압을 감지하도록 상기 전력 반도체 소자의 게이트 단자와 에미터 단자 사이에 접속된 제 2 전압 센싱부를 포함할 수 있다.
상기 전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 전력 반도체 소자의 상기 동작 파라미터와 출력 전류의 관계에 대한 상기 데이터를 저장하고 있는 메모리부와, 상기 메모리부의 상기 데이터와 상기 센싱부에서 감지된 상기 동작 파라미터를 비교하여 출력 전류를 산출하는 전류 산출부를 포함할 수 있다.
상기 전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치에 있어서, 상기 메모리부는 상기 전력 반도체 소자의 턴온 상태 및 턴오프 상태에서 상기 동작 파라미터의 포화값들을 더 저장할 수 있다.
상기 전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 센싱부로부터 감지된 상기 동작 파라미터가 상기 포화값들 중 어느 하나와 동일한지를 판단하여, 동일하지 않은 경우에 별도의 전류 센서 없이 상기 동작 파라미터로부터 출력 전류를 산출할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 관점에 의한 전력 반도체 소자의 전류 모니터링 방법은, 전력 반도체 소자에 결합된 센싱부를 통해서, 상기 전력 반도체 소자의 스위칭 시 상기 동작 파라미터를 감지하는 단계와, 상기 센싱부에 연결된 제어부를 통해서, 상기 센싱부에서 감지된 상기 동작 파라미터 및 기 저장된 상기 전력 반도체 소자의 상기 동작 파라미터와 출력 전류의 관계에 대한 데이터로부터 상기 전력 반도체 소자의 출력 전류를 산출하는 단계를 포함한다.
상기 전력 반도체 소자의 전류 모니터링 방법에 있어서, 상기 제어부는 상기 전력 반도체 소자의 턴온 상태 및 턴오프 상태에서 상기 동작 파라미터의 포화값들을 더 저장하고 있는 메모리부를 포함하고, 상기 산출하는 단계에서, 상기 제어부는 상기 센싱부로부터 감지된 상기 동작 파라미터가 상기 포화값들 중 어느 하나와 동일한지를 판단하여, 동일하지 않은 경우에 별도의 전류 센서 없이 상기 동작 파라미터로부터 출력 전류를 산출할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치 및 방법에 의하면, 전류 센서 셀을 이용하지 않고도 전력 반도체 소자의 전류 모니터링이 가능하여, 전력 반도체 소자의 전류 밀도를 높이고 전력 소모를 줄일 수 있다.
물론 이러한 효과는 예시적인 것이고, 이러한 효과에 의해서 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치 및 전력 반도체 시스템을 보여주는 개략적인 블럭도이다.
도 2는 도 1의 전력 반도체 시스템 내 전력 반도체 소자를 보여주는 개략적인 회로도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치 및 전력 반도체 시스템을 보여주는 개략적인 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 전력 반도체 시스템 내 전력 반도체 소자를 보여주는 개략적인 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 반도체 시스템에서 전력 반도체 소자의 스위칭 시 동작 파라미터들의 변화를 보여주는 타이밍 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 반도체 시스템에서 전력 반도체 소자의 스위칭 시 컬렉터와 에미터간 전압과 출력 전류의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 전류 모니터링 방법을 보여주는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 전류 모니터링 방법을 보여주는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 적어도 일부의 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
다르게 정의되지 않는 한, 여기에 사용된 모든 용어들은 해당기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 같은 의미로 사용된다. 도면에서, 층 및 영역의 크기는 설명을 위해 과장되었고, 따라서 본 발명의 일반적인 구조들을 설명하기 위해 제공된다. 동일한 참조 부호들은 동일한 구성 요소를 나타낸다. 층, 영역, 또는 기판과 같은 한 구성이 다른 구성 상(on)에 있다고 지칭할 때, 그것은 다른 구성의 바로 상부에 있거나 또는 그 사이에 다른 개재된 구성이 또한 존재할 수 있는 것으로 이해될 것이다. 반면에, 한 구성이 다른 구성의 “바로 위에(directly on)” 있다라고 지칭할 때는 중간 개재 구성들이 존재하지 않는다고 이해된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치(100) 및 전력 반도체 시스템(200)을 보여주는 개략적인 블록도이고, 도 2는 도 1의 전력 반도체 시스템(200) 내 전력 반도체 소자(50)를 보여주는 개략적인 회로도이다.
도 1을 참조하면, 전력 반도체 소자(50)의 전류 모니터링 장치(100)는 센싱부(110)와 제어부(120)를 포함할 수 있다.
센싱부(110)는 전력 반도체 소자(50)의 스위칭 시 동작 파라미터를 감지하기 위해서 전력 반도체 소자(50)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 동작 파라미터는 전력 반도체 소자(50)의 스위칭 시 전압, 전류 등의 동작 특성을 나타낼 수 있는 파라미터를 의미할 수 있다.
제어부(120)는 센싱부(110)에 연결되고, 센싱부(110)에서 감지된 동작 파라미터로부터 전력 반도체 소자(50)의 출력 전류를 산출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(120)는 센싱부(110)에서 감지된 동작 파라미터 및 기 저장된 전력 반도체 소자(50)의 동작 파라미터와 출력 전류의 관계에 대한 데이터로부터 전력 반도체 소자(50)의 출력 전류를 산출할 수 있다.
전력 반도체 시스템(200)은 전력 반도체 소자(50)와 전류 모니터링 장치(100)를 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
이하에서는 전력 반도체 시스템(200) 내 전력 반도체 소자(50)에 대해서 예시적으로 보다 구체적으로 설명한다.
도 2를 참조하면, 전력 반도체 소자(50)는 게이트 전극, 컬렉터 전극 및 에미터 전극을 포함하는 적어도 하나의 전력 반도체 트랜지스터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 반도체 트랜지스터는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) 또는 전력 모스펫(power MOSFET)을 포함할 수 있다. IGBT는 게이트 전극, 에미터 전극(emitter electrode) 및 컬렉터 전극(collector electrode)을 포함할 수 있다. 이하에서는 전력 반도체 소자(50)로 IGBT를 예로 설명한다.
전력 반도체 소자(50)는 전력 반도체 트랜지스터의 에미터 전극에 연결되는 에미터 단자(69), 전력 반도체 트랜지스터의 켈빈 에미터 전극에 연결되는 켈빈 에미터 단자(66), 전력 반도체 트랜지스터의 게이트 전극과 연결되는 게이트 단자(62), 온도를 모니터링하기 위한 온도 센서와 연결되는 온도 센서 단자들(67, 68) 및/또는 전력 반도체 트랜지스터의 컬렉터 전극과 연결되는 컬렉터 단자(61)를 포함할 수 있다.
에미터 단자(69)는 전력 반도체 트랜지스터의 접지 단자로 기능하고, 켈빈 에미터 단자(66)는 게이트 단자(62)의 드라이버부에 대한 접지 단자로 기능할 수 있다.
온도 센서는 온도 센서 단자들(67, 68)과 연결된 정션 다이오드(junction diode)를 포함할 수 있다. 정션 다이오드는 적어도 하나의 n형 불순물 영역과 적어도 하나의 p형 불순물 영역의 접합 구조, 예컨대 P-N 접합 구조, P-N-P 접합 구조, N-P-N 접합 구조 등을 포함할 수 있다. 본 구조는 전력 반도체 소자(50) 내에 온도 센서가 내장된 구조를 예시적으로 설명하고 있으나, 이 실시예의 변형된 예에서 온도 센서가 생략될 수도 있다.
전력 반도체 소자(50)에는 통상적인 전력 반도체 소자와 달리 전류 센서 트랜지스터와 전류 센서 단자들이 생략될 수 있다.
이러한 전력 반도체 소자(50)는 웨이퍼(wafer), 칩(chip) 또는 다이(die) 구조를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2를 같이 참조하면, 전력 반도체 시스템(200)은 전력 반도체 소자(200)와 연결된 전류 모니터링 장치(100)를 이용하여, 전력 반도체 소자(50)의 스위칭 시 동작 파라미터를 통해서 전력 반도체 소자(50)의 전류를 산출할 수 있다.
따라서, 전력 반도체 시스템(200)은 전력 반도체 소자(50) 내에 별도의 전류 센싱 셀을 포함하지 않고서도 전력 반도체 소자(50)의 전류를 모니터링할 수 있다. 이에 따라, 전력 반도체 시스템(200) 내 전력 반도체 소자(50)의 전류를 별도로 모니터링하기 위해서 션트 저항을 연결할 필요가 없다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치(100a) 및 전력 반도체 시스템(200a)을 보여주는 개략적인 블럭도이다. 전류 모니터링 장치(100a) 및 전력 반도체 시스템(200a)은 도 1의 전류 모니터링 장치(100) 및 전력 반도체 시스템(200)을 보다 구체화한 예로, 두 실시예들은 서로 참조될 수 있고, 따라서 중복된 설명은 생략된다.
도 2 및 도 3을 같이 참조하면, 전력 반도체 시스템(200a)은 인버터 시스템이고, 전력 반도체 소자(50)는 이러한 인버터 시스템의 전력을 스위칭할 수 있다. 예를 들어, 인버터 시스템은 배터리의 직류(DC) 전력을 교류(AC) 전력으로 변환하는 데 이용될 수 있고, 전력 반도체 소자(50)는 이러한 전력 변환 스위치로 이용될 수 있다. 인버터 시스템은 이러한 전력 반도체 소자(50)가 복수개 연결된 구조를 가질 수 있다.
센싱부(110)는 전력 반도체 소자(50)의 컬렉터-에미터 전압을 감지하도록 전력 반도체 소자(50)의 컬렉터 단자(61)와 에미터 단자(69) 사이에 접속된 제 1 전압 센싱부(112)와, 전력 반도체 소자(50)의 게이트-에미터 전압을 감지하도록 전력 반도체 소자(50)의 게이트 단자(62)와 에미터 단자(69) 사이에 접속된 제 2 전압 센싱부(114)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 동작 파라미터는 전력 반도체 소자(50)의 컬렉터-에미터 전압 및 게이트-에미터 전압을 포함할 수 있고, 센싱부(110)는 전력 반도체 소자(50)의 동작 파라미터로, 제 1 전압 센싱부(112)에서 컬렉터-에미터 전압을 감지하고, 제 2 전압 센싱부(114)에서 게이트-에미터 전압을 감지할 수 있다.
제어부(120)는, 전력 반도체 소자(50)의 동작 파라미터와 출력 전류의 관계에 대한 데이터를 저장하고 있는 메모리부(122)와 메모리부(122)의 데이터와 센싱부(11)에서 감지된 동작 파라미터를 비교하여 출력 전류를 산출하는 전류 산출부(124)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 전류 산출부(124)는 센싱부(110)에 연결되어, 센싱부(110)로부터 감지된 동작 파라미터에 대한 데이터를 수신할 수 있다. 메모리부(122)는 전류 산출부(124)와 연결되어, 기 저장된 데이터를 전류 산출부(124)에 전달하거나 또는 전류 산출부(124)로부터 새로운 데이터를 전달받아 저장할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어부(120)는 센싱부(110)에서 감지된 게이트-에미터 전압이 변화했는지 먼저 판단하고, 그 변화가 없다면 이어서 컬렉터-에미터 전압이 변화했는지 판단할 수도 있다.
메모리부(122)는 동작 파라미터와 출력 전류의 관계에 대한 기존 데이터를 저장할 수 있다. 나아가, 메모리부(122)는 전력 반도체 소자(50)의 턴-온 상태 및 턴-오프 상태에서 동작 파라미터의 포화값들을 더 저장할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어부(120)는 센싱부(110)로부터 감지된 동작 파라미터가 포화값들 중 어느 하나와 동일한지를 판단하여, 동일하지 않은 경우에 별도의 전류 센서 없이 동작 파라미터로부터 출력 전류를 산출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 반도체 시스템에서 전력 반도체 소자의 스위칭 시 동작 파라미터들의 변화를 보여주는 타이밍 그래프이다.
도 4를 참조하면, 전력 반도체 소자(50)의 스위칭 시, 예컨대 턴오프(turn off) 시 게이트-에미터 전압(VGE)의 변화와 출력 전류, 즉 컬렉터-에미터 전류(ICE)의 변화간에 상관관계를 알 수 있다.
제 1 구간(A1)에서, 게이트-에미터 전압(VGE)이 밀러 전압까지 떨어지면서 컬렉터-에미터 전압(VCE)가 약간 상간 상승하나 컬렉터-에미터 전류(ICE)의 변화는 거의 없다.
제 2 구간(A2)에서, 밀러 커패시터가 방전되며, 컬렉터-에미터 전압(VCE)이 본격적으로 상승하며 컬렉터-에미터 전류(ICE)의 변화는 거의 없다.
제 3 구간(A3)에서, 컬렉터-에미터 전압(VCE)이 스위칭 전압까지 상승한 후 하강하고, 컬렉터-에미터 전류(ICE)가 하강하기 시작한다.
제 4 구간(A4)에서, 테일 전류에 의해서 컬렉터-에미터 전압(VCE)가 더 감소한다. 제 4 구간(A4)은 양극성 타입인 IGBT에서는 나타날 수 있으나, 전력 모스펫과 같은 단극성 소자에서는 나타나지 않을 수도 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 반도체 시스템에서 전력 반도체 소자의 스위칭 시 컬렉터와 에미터간 전압과 출력 전류의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 전력 반도체 소자(50)의 게이트-에미터 전압(VGE)의 변화 및/또는 컬렉터-에미터 전압(VCE)의 변화와 컬렉터-에미터 전류(ICE)의 변화의 관계를 알 수 있다.
따라서, 도 4 및 도 5에 도시된 바로부터, 전력 반도체 소자(50)의 스위칭 시, 시간에 따른 게이트-에미터 전압(VGE)의 변화 및/또는 컬렉터-에미터 전압(VCE)의 변화로 전력 반도체 소자(50)의 출력 전류를 추적할 수 있다는 것을 알 수 있다.
일반적으로 전류 감지보다는 전압 감지가 더 쉽다는 점에서, 전압, 예컨대 게이트-에미터 전압(VGE)의 변화 및/또는 컬렉터-에미터 전압(VCE)의 감지를 통한 전류의 모니터링은 효율적인 방법이 될 수 있다.
전술한 전력 반도체 소자(50)의 전류 모니터링 장치들(100, 100a)에 의하면, 전력 반도체 소자(50) 내에 전류 센서를 별도로 형성할 필요가 없어서 전력 반도체 트랜지스터의 밀도가 높아져 전력 효율이 높아질 수 있다. 나아가, 전력 반도체 시스템 내에 별도의 션트 저항을 배치할 필요가 없어서, 전력 반도체 시스템의 전력 효율 및 설계 마진이 향상될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 전류 모니터링 방법을 보여주는 순서도이다.
도 1 내지 도 3 및 도 6을 같이 참조하면, 전력 반도체 소자(50)의 전류 모니터링 방법은, 전력 반도체 소자(50)에 결합된 센싱부(110)를 통해서, 전력 반도체 소자(50)의 스위칭 시 동작 파라미터를 감지하는 단계(S12)를 포함할 수 있다.
나아가, 전력 반도체 소자(50)의 전류 모니터링 방법은, 센싱부(110)에 연결된 제어부(120)를 통해서, 센싱부(110)에서 감지된 동작 파라미터 및 기 저장된 전력 반도체 소자(50)의 동작 파라미터와 출력 전류의 관계에 대한 데이터로부터 전력 반도체 소자(50)의 출력 전류를 산출하는 단계(S16)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 전력 반도체 소자(50)의 전류 모니터링 방법은, 출력 전류를 산출하는 단계(S16) 전에, 제어부(120)를 통해서 센싱부(110)로부터 감지된 동작 파미터가 전력 반도체 소자(50)의 턴온 또는 턴오프 시 동작 파라미터의 포화값들 중 어느 하나와 동일한지를 판단하는 단계(S14)를 더 포함할 수 있다. 이어서, 동작 파라미터의 감지값이 포화값과 동일하지 않은 경우, 출력 전류를 산출하는 단계(S16)가 이어질 수 있다.
여기에서, 턴온 상태의 포화값은 완전히 턴온(fully turn-on) 상태의 값을 의미하고, 턴오프 상태의 포화값은 완전히 오프(fully turn-off) 상태의 값을 의미할 수 있다. 동작 파라미터가 턴온 또는 턴오프 상태의 포화값과 동일한 경우에는, 출력 전류가 시스템 전류와 동일하거나 또는 0인 상태를 유지하여 그 변화가 없으므로 별도로 계산할 필요가 없을 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 전류 모니터링 방법을 보여주는 순서도이다. 이 실시예에 따른 전류 모니터링 방법은 도 6의 전류 모니터링 방법을 보다 구체화한 예일 수 있다.
도 2 및 도 7을 같이 참조하면, 제어부(120)는 센싱부(110)에서 감지된 게이트-에미터 전압(VGE)이 턴온 또는 턴오프 상태의 포화값과 동일한지 판단한다(S21).
위 판단 단계(S21)에서, 센싱부(110)에서 감지된 게이트-에미터 전압(VGE)이 턴온 또는 턴오프 상태의 포화값과 동일하지 않다고 판단되면, 제어부(120)는 게이트-에미터 전압(VGE)이 직전 대비 변화가 있는지 판단한다(S22).
위 판단 단계(S22)에서, 게이트-에미터 전압(VGE)이 직전 대비 변화했다고 판단되면, 제어부(120)는 소자 특성, 즉 센싱부(110)에서 감지된 동작 파라미터에 기반하여 출력 전류를 계산한다(S28).
위 판단 단계(S22)에서, 게이트-에미터 전압(VGE)이 직전 대비 변화하지 않았다고 판단되면, 제어부(120)는 컬렉터-에미터 전압(VCE)이 직전 대비 변화가 있는 지 판단한다(S23).
위 판단 단계(S23)에서, 컬렉터-에미터 전압(VCE)이 직전 대비 변화했다고 판단되면, 제어부(120)는 소자 특성, 즉 센싱부(110)에서 감지된 동작 파라미터에 기반하여 출력 전류를 계산한다(S28).
위 판단 단계(S23)에서, 컬렉터-에미터 전압(VCE)이 직전 대비 변화하지 않았다고 판단되면, 제어부(120)는 직전 출력 전류가 시스템 전류 또는 0에 도달했는지 판단한다(S24).
위 판단 단계(S24)에서, 직전 출력 전류가 시스템 전류 또는 0에 도달했다면, 제어부(120)는 직전 출력 전류를 현재 출력 전류로 출력한다(S26).
위 판단 단계(S24)에서, 직전 출력 전류가 시스템 전류 또는 0에 도달하지 않았다고 판단되면, 제어부(120)는 소자 특성, 즉 센싱부(110)에서 감지된 동작 파라미터에 기반하여 출력 전류를 계산한다(S28).
위 판단 단계(S21)에서, 게이트-에미터 전압(VGE)이 턴온 또는 턴오프 상태의 포화값과 동일하다고 판단되면, 제어부(120)는 게이트-에미터 전압(VGE)이 턴오프 상태의 포화값과 동일한지 판단한다(S25).
위 판단 단계(S25)에서, 게이트-에미터 전압(VGE)이 턴오프 상태의 포화값과 동일하지 않다고 판단되면, 제어부(120)는 직전 출력 전류를 현재 출력 전류로 출력한다(S26). 이 단계(S26)에서, 제어부(120)는 게이트-에미터 전압(VGE)이 턴온 상태의 포화값과 동일하다고 판단할 수 있다.
위 판단 단계(S25)에서, 게이트-에미터 전압(VGE)이 턴오프 상태의 포화값과 동일하다고 판단되면, 직전 출력 전류가 시스템 전류 또는 0에 도달했는지 판단한다(S24). 이 단계(S24) 이후의 단계들(S26, S28)은 전술한 설명을 참조할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 전류 모니터링 방법에 따르면, 별도의 전류 센서를 전력 반도체 소자(50)에 내장하거나 또는 시스템 내에 션트 저항을 통해서 전류를 모니터링하지 않고서도, 전력 반도체 소자(50)의 특성에 기반하여 출력 전류를 모니터링할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
50: 전력 반도체 소자
100, 100a: 전류 모니터링 장치
200, 200a: 전력 반도체 시스템
110: 센싱부
112: 제 1 전압 센싱부
114: 제 2 전압 센싱부
120: 제어부
122: 메모리부
124: 전류 산출부

Claims (8)

  1. 전력 반도체 소자의 스위칭 시 동작 파라미터를 감지하기 위해서 상기 전력 반도체 소자에 결합된 센싱부; 및
    상기 센싱부에 연결되고, 상기 센싱부에서 감지된 상기 동작 파라미터 및 기 저장된 상기 전력 반도체 소자의 상기 동작 파라미터와 출력 전류의 관계에 대한 데이터로부터 상기 전력 반도체 소자의 출력 전류를 산출하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는
    상기 동작 파라미터가 상기 전력 반도체 소자의 턴온 상태의 포화값 또는 턴오프 상태의 포화값과 동일한지 여부를 판단하고, 판단 결과 동일하지 않으면, 상기 동작 파라미터가 직전 대비 변화가 있는지 판단하고, 판단 결과 변화가 있는 경우에, 상기 센싱부에서 감지된 상기 동작 파라미터와 기 저장된 상기 데이터를 이용하여 상기 출력 전류를 산출하는,
    전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센싱부는 상기 동작 파라미터로 상기 전력 반도체 소자의 스위칭 시 밀러 구간에서 컬렉터-에미터 전압 및 게이트-에미터 전압 중 적어도 하나를 감지하는,
    전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 센싱부는,
    상기 전력 반도체 소자의 컬렉터-에미터 전압을 감지하도록 상기 전력 반도체 소자의 컬렉터 단자와 에미터 단자 사이에 접속된 제 1 전압 센싱부; 및
    상기 전력 반도체 소자의 게이트-에미터 전압을 감지하도록 상기 전력 반도체 소자의 게이트 단자와 에미터 단자 사이에 접속된 제 2 전압 센싱부를 포함하는,
    전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전력 반도체 소자의 상기 동작 파라미터와 출력 전류의 관계에 대한 상기 데이터를 저장하고 있는 메모리부; 및
    상기 메모리부의 상기 데이터와 상기 센싱부에서 감지된 상기 동작 파라미터를 비교하여 출력 전류를 산출하는 전류 산출부를 포함하는,
    전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 메모리부는 상기 전력 반도체 소자의 턴온 상태 및 턴오프 상태에서 상기 동작 파라미터의 상기 포화값들을 더 저장하고 있는,
    전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 컬렉터-에미터 전압 및 상기 게이트-에미터 전압 중 적어도 하나가 직전 대비 변화가 있으면, 상기 센싱부에서 감지된 상기 동작 파라미터와 기 저장된 상기 데이터를 이용하여 상기 출력 전류를 산출하는,
    전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치.
  7. 전력 반도체 소자에 결합된 센싱부를 통해서, 상기 전력 반도체 소자의 스위칭 시 동작 파라미터를 감지하는 단계;
    상기 센싱부에 연결된 제어부를 통해서, 상기 센싱부에서 감지된 상기 동작 파라미터가 상기 전력 반도체 소자의 턴온 상태의 포화값 또는 턴오프 상태의 포화값과 동일한지 여부를 판단하는 단계;
    상기 제어부를 통해서, 상기 동작 파라미터가 상기 턴온 상태의 포화값 또는 상기 턴오프 상태의 포화값과 동일하지 않으면, 상기 동작 파라미터가 직전 대비 변화가 있는지 판단하는 단계; 및
    상기 제어부를 통해서, 상기 동작 파라미터가 직전 대비 변화가 있는 경우, 상기 동작 파라미터 및 기 저장된 상기 전력 반도체 소자의 상기 동작 파라미터와 출력 전류의 관계에 대한 데이터로부터 상기 전력 반도체 소자의 출력 전류를 산출하는 단계를 포함하는,
    전력 반도체 소자의 전류 모니터링 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 컬렉터-에미터 전압 및 상기 게이트-에미터 전압이 모두 직전 대비 변화가 없으면, 직전 출력 전류가 시스템 전류 또는 0에 도달했는지를 판단하고, 판단 결과 도달하지 않았으면, 상기 센싱부에서 감지된 상기 동작 파라미터와 기 저장된 상기 데이터를 이용하여 상기 출력 전류를 산출하는,
    전력 반도체 소자의 전류 모니터링 장치.
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