KR102505491B1 - 스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기 및 이를 이용한 직류단 과전류 차단 방법 - Google Patents

스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기 및 이를 이용한 직류단 과전류 차단 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102505491B1
KR102505491B1 KR1020200136929A KR20200136929A KR102505491B1 KR 102505491 B1 KR102505491 B1 KR 102505491B1 KR 1020200136929 A KR1020200136929 A KR 1020200136929A KR 20200136929 A KR20200136929 A KR 20200136929A KR 102505491 B1 KR102505491 B1 KR 102505491B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
capacitor
link
type mosfet
charge pump
signal generator
Prior art date
Application number
KR1020200136929A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220052694A (ko
Inventor
박종훈
민코올레그
Original Assignee
주식회사 뉴로메카
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 뉴로메카 filed Critical 주식회사 뉴로메카
Priority to KR1020200136929A priority Critical patent/KR102505491B1/ko
Publication of KR20220052694A publication Critical patent/KR20220052694A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102505491B1 publication Critical patent/KR102505491B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/6871—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
    • H03K3/57—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback the switching device being a semiconductor device

Landscapes

  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

직류단과 스마트 액추에이터 사이에 배치된 n형 모스펫(n-type MOSFET)과, 펄스 신호를 생성하고, 전하 펌프에 상기 펄스 신호를 공급하는 신호 생성기(signal generator)와, 상기 펄스 신호에 따라 게이트 구동기에 부스트 전압을 공급하는 전하 펌프(charge pump)와, 상기 n형 모스펫의 게이트에 연결되고, 상기 스마트 액추에이터 내 제어기로부터 수신한 디지털 DC 신호에 따라 상기 n형 모스펫을 제어하는 게이트 구동기(gate driver)를 포함하는 스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기 및 직류단의 과전류를 차단하는 방법이 제공된다. n형 모스펫을 입력 상단에 배치함으로써 n형 모스펫을 접지 단자에 배치하는 방식의 안정성 문제와 p형 모스펫을 입력 상단에 배치하는 방식의 저효율 및 저속 차단 문제를 해결하고, 수동 및 논리 소자만을 이용하여 저비용으로 구현 가능하다.

Description

스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기 및 이를 이용한 직류단 과전류 차단 방법{DC LINK OVERCURRENT CIRCUIT BREAKER FOR DRIVING SMART ACTUATORS AND DC LINK OVERCURRENT BREAKING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 과전류 차단기에 관한 것이다.
전자식 차단기는 모스펫(MOSFET)과 같은 스위칭 소자를 직류단과 직렬로 연결하여 정상 작동 시 스위치를 ON 상태로 유지하다가 과전류가 흐르거나 지락 사고가 발생하면 스위치를 OFF 상태로 전환함으로써 직류단과 부하를 보호한다.
종래기술로서 n형 모스펫을 접지 단자에 배치하는 방법은 액추에이터와 같이 여러 기능을 수행하는 소자들이 각각 다른 전압으로 작동하는 기기의 경우 접지 단자를 차단할 시 다른 소자들의 작동에 영향을 미칠 수 있다는 문제점이 있다.
다른 종래기술로서 p형 모스펫을 입력 상단에 배치하는 방법은 p형 모스펫의 n형 모스펫보다 2~3배 큰 드레인-소스 저항으로 인해 회로 차단 속도가 느리고 시스템의 효율을 떨어뜨리며, p형 모스펫을 구동하기 위해 게이트에 추가적인 n형 모스펫이 필요하다는 문제점이 있다.
중국 공개특허공보 CN107464585A (2017.12.12.) 미국 공개특허공보 US2018/0062376A1 (2018.03.01.)
본 발명의 목적은 n형 모스펫을 접지 단자에 배치하는 방식의 안정성 문제와 p형 모스펫을 입력 상단에 배치하는 방식의 저효율 및 저속 차단 문제를 해결하고, 수동 및 논리 소자만을 이용하여 저비용으로 구현 가능한 직류단 과전류 차단기를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기는 상기 직류단과 상기 스마트 액추에이터 사이에 배치된 n형 모스펫(n-type MOSFET), 펄스 신호를 생성하고, 전하 펌프에 상기 펄스 신호를 공급하는 신호 생성기(signal generator), 상기 펄스 신호에 따라 게이트 구동기에 부스트 전압을 공급하는 전하 펌프(charge pump), 및 상기 n형 모스펫의 게이트에 연결되고, 상기 스마트 액추에이터 내 제어기로부터 수신한 디지털 DC 신호에 따라 상기 n형 모스펫을 제어하는 게이트 구동기(gate driver)를 포함한다.
일 측면에 따르면, 상기 n형 모스펫의 드레인(drain)은 상기 직류단과 연결될 수 있고, 상기 n형 모스펫의 소스(source)는 상기 스마트 액추에이터와 연결될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 신호 생성기는 제1 저항, 제1 커패시터, 및 제1 및 제2 NAND 게이트를 포함하는 초기 펄스 생성기, 및 제2 저항, 제2 커패시터, 제3 NAND 게이트, 제4 NAND 게이트, 제5 NAND 게이트, 제6 NAND 게이트, 제7 NAND 게이트, 및 제8 NAND 게이트를 포함하는 시지연 삽입기를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 신호 생성기는 제1 저항 및 제1 커패시터를 이용하여 상기 펄스 신호의 주기를 결정할 수 있고, 제2 저항 및 제2 커패시터를 이용하여 상기 펄스 신호에 시지연(time delay)을 삽입할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 전하 펌프는 적어도 두 개의 다이오드, 적어도 두 개의 커패시터, 및 적어도 세 개의 스위칭 소자를 포함할 수 있고, 상기 적어도 세 개의 스위칭 소자 중 제1 스위칭 소자가 OFF일 때 상기 적어도 두 개의 커패시터 중 제1 커패시터는 상기 적어도 두 개의 다이오드 중 제1 다이오드를 통해 전하를 충전할 수 있고, 상기 적어도 두 개의 다이오드 중 제2 다이오드는 차단될 수 있으며, 상기 적어도 두 개의 커패시터 중 제2 커패시터는 상기 게이트 구동기에 상기 부스트 전압을 공급할 수 있고, 상기 제1 스위칭 소자가 ON일 때 상기 제1 커패시터는 상기 충전한 전하를 상기 제2 다이오드 및 상기 제1 스위칭 소자를 통해 상기 제2 커패시터에 전달할 수 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기가 상기 직류단과 상기 스마트 액추에이터 사이에 배치된 n형 모스펫(n-type MOSFET)을 제어함으로써 상기 직류단의 과전류를 차단하는 방법은 신호 생성기(signal generator)가 펄스 신호를 생성하고, 전하 펌프에 상기 펄스 신호를 공급하는 단계, 전하 펌프(charge pump)가 상기 펄스 신호에 따라 게이트 구동기에 부스트 전압을 공급하는 단계, 및 게이트 구동기(gate driver)가 상기 스마트 액추에이터 내 제어기로부터 수신한 디지털 DC 신호에 따라 상기 n형 모스펫을 제어하는 단계 - 상기 게이트 구동기는 상기 n형 모스펫의 게이트에 연결됨 - 를 포함한다.
일 측면에 따르면, 상기 n형 모스펫의 드레인(drain)은 상기 직류단과 연결될 수 있고, 상기 n형 모스펫의 소스(source)는 상기 스마트 액추에이터와 연결될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 신호 생성기는 제1 저항, 제1 커패시터, 및 제1 및 제2 NAND 게이트를 포함하는 초기 펄스 생성기, 및 제2 저항, 제2 커패시터, 제3 NAND 게이트, 제4 NAND 게이트, 제5 NAND 게이트, 제6 NAND 게이트, 제7 NAND 게이트, 및 제8 NAND 게이트를 포함하는 시지연 삽입기를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 신호 생성기가 펄스 신호를 생성하고, 전하 펌프에 상기 펄스 신호를 공급하는 단계는 상기 신호 생성기가 제1 저항 및 제1 커패시터를 이용하여 상기 펄스 신호의 주기를 결정하고, 제2 저항 및 제2 커패시터를 이용하여 상기 펄스 신호에 시지연(time delay)을 삽입하는 단계를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 전하 펌프는 적어도 두 개의 다이오드, 적어도 두 개의 커패시터, 및 적어도 세 개의 스위칭 소자를 포함할 수 있고, 상기 전하 펌프가 상기 펄스 신호에 따라 게이트 구동기에 부스트 전압을 공급하는 단계는 상기 적어도 세 개의 스위칭 소자 중 제1 스위칭 소자가 OFF일 때 상기 적어도 두 개의 커패시터 중 제1 커패시터는 상기 적어도 두 개의 다이오드 중 제1 다이오드를 통해 전하를 충전하고, 상기 적어도 두 개의 다이오드 중 제2 다이오드는 차단되며, 상기 적어도 두 개의 커패시터 중 제2 커패시터는 상기 게이트 구동기에 상기 부스트 전압을 공급하는 단계, 및 상기 제1 스위칭 소자가 ON일 때 상기 제1 커패시터는 상기 충전한 전하를 상기 제2 다이오드 및 상기 제1 스위칭 소자를 통해 상기 제2 커패시터에 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
전술한 본 발명의 실시예들에 따른 스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기 및 과전류 차단기가 직류단의 과전류를 차단하는 방법에 따르면, n형 모스펫을 입력 상단에 배치함으로써 n형 모스펫을 접지 단자에 배치하는 방식의 안정성 문제와 p형 모스펫을 입력 상단에 배치하는 방식의 저효율 및 저속 차단 문제를 해결하고, 수동 및 논리 소자만을 이용하여 저비용으로 구현 가능하다.
또한 게이트 구동기와 전하 펌프를 분리함으로써 전하 펌프 기능을 포함하는 복합 게이트 구동기 소자 보다 더 적은 비용으로 더 신속하게 직류단을 차단할 수 있다. 또한 신호 생성기가 액추에이터에 설치된 펌웨어와 독립적으로 전하 펌프 신호를 생성함으로써 펌웨어의 신호 처리 시간을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 생성기를 구현하는 회로의 예시적인 실시예를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 펌프를 구현하는 회로의 예시적인 실시예를 나타낸 것이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기의 동작을 설명하기 위한 동작 파형이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기가 직류단의 과전류를 차단하는 방법의 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 명확하고 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기는 n형 모스펫(n-type MOSFET)(100), 신호 생성기(signal generator)(200), 전하 펌프(charge pump)(300), 및 게이트 구동기(gate driver)(400)를 포함한다.
n형 모스펫(100)은 직류단(VDC)과 스마트 액추에이터(미도시) 사이에 배치된다. n형 모스펫(100)은 직류단(VDC) 상단에서 직류단(VDC)과 직렬로 연결될 수 있다. n형 모스펫(100)의 드레인(drain)은 직류단(VDC)과 연결될 수 있고, n형 모스펫(100)의 소스(source)는 스마트 액추에이터와 연결될 수 있다.
n형 모스펫(100)이 직류단(VDC)의 상단에 배치됨으로써 n형 모스펫을 접지 단자에 배치하는 방법의 안정성 문제와 p형 모스펫을 입력 상단에 배치하는 방법의 저효율 및 저속 차단 문제를 해결할 수 있으며, 특히 이는 수 kW, 수십 A 규모의 고출력 시스템에서 강점을 갖는다.
신호 생성기(200)는 펄스 신호를 생성하고, 전하 펌프(300)에 펄스 신호를 공급한다. 신호 생성기(200)는 NAND 게이트를 이용하여 NOT 게이트의 기능으로 활용한다. 신호 생성기(200)는 펄스 신호의 주기와 듀티비를 결정할 수 있고, 펄스 신호에 시지연(time delay)를 삽입하여 전하 펌프(300)가 시지연을 데드 타임(dead time)으로 활용하도록 할 수 있다. 신호 생성기(200)의 구체적인 동작에 관하여는 도 2를 참조하여 후술하기로 한다.
전하 펌프(300)는 신호 생성기(200)로부터 수신한 펄스 신호에 따라 게이트 구동기(400)에 부스트 전압을 공급한다. 전하 펌프(300)는 적어도 두 개의 다이오드, 적어도 두 개의 커패시터, 및 적어도 세 개의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 적어도 세 개의 스위칭 소자 중 제1 스위칭 소자가 OFF일 때 적어도 두 개의 커패시터 중 제1 커패시터는 적어도 두 개의 다이오드 중 제1 다이오드를 통해 전하를 충전하고, 적어도 두 개의 다이오드 중 제2 다이오드는 차단되며, 적어도 두 개의 커패시터 중 제2 커패시터는 상기 게이트 구동기에 상기 부스트 전압을 공급할 수 있다. 제1 스위칭 소자가 ON일 때 제1 커패시터는 충전한 전하를 제2 다이오드 및 제1 스위칭 소자를 통해 제2 커패시터에 전달할 수 있다. 전하 펌프(300)의 구체적인 동작에 관하여는 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.
게이트 구동기(400)는 n형 모스펫(100)의 게이트와 소스에 연결되고, 스마트 액추에이터 내 제어기(500)로부터 수신한 디지털 DC 신호에 따라 n형 모스펫(100)을 제어한다. 일반적인 하프 브리지 구동용 소자를 게이트 구동기(400)로 사용할 수 있다. 직류단 상단에 배치된 스위칭 소자를 구동하는 경우 전하 펌프의 기능을 포함하는 복합 게이트 구동기 소자가 주로 사용된다. 그러나 복합 게이트 구동기 소자는 전하 펌프의 기능이 없는 게이트 구동기 소자에 비해 가격이 비싸고 낮은 전류 출력으로 인해 스위칭 속도가 느리다는 문제점이 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기는 전하 펌프 기능이 없는 게이트 구동기를 사용할 수 있다. 이로 인해 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기는 신속한 직류단 차단이 가능하면서도 수동 및 논리 소자만을 이용하여 저비용으로 구현 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 생성기를 구현하는 회로의 예시적인 실시예를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 신호 생성기(200)는 NAND 게이트를 NOT 게이트의 기능으로 활용할 수 있다. 도 2의 예시에서, 신호 생성기(200)는 3개의 저항(R1, R2, R3), 2개의 커패시터(C1, C2), 및 8개의 NAND 게이트(G1A, G1B, G1C, G1D, G2A, G2B, G2C, G2D)를 포함하고, VO 노드를 기준으로 좌측은 초기 펄스를 생성하는 초기 펄스 생성기이며, 우측은 초기 펄스에 시지연을 삽입하는 시지연 삽입기이다. 초기 펄스 생성기는 저항(R2)과 커패시터(C1)를 이용하여 초기 펄스의 주기를 결정하고, NAND 게이트의 장벽 전압을 이용하여 초기 펄스의 듀티비를 결정한다. 시지연 삽입기는 저항(R3)과 커패시터(C2)를 이용하여 초기 펄스에 시지연을 삽입한다. 삽입된 시지연은 전하 펌프(300)에서 데드 타임으로 활용된다. 신호 생성기(200)에서 생성된 펄스(Pm_1, Pm_2)는 전하 펌프(300)의 스위칭 소자(도 3의 Q2, Q3)를 제어하는 신호로 사용된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 펌프를 구현하는 회로의 예시적인 실시예를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 전하 펌프(300)는 2개의 다이오드(D1, D2), 2개의 커패시터(C2, C3), 및 3개의 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3)를 포함한다. 전하 펌프(300)는 입력 전압(예컨대, 10V)을 이용하여 2개의 커패시터(C2, C3)를 충전 및 방전시킴으로써 게이트 구동기(400)에 부스트 전압(HB)을 공급한다. 여기서 입력 전압은 스마트 액추에이터의 자체 DC/DC 컨버터를 이용하여 생성될 수 있다.
스위칭 소자(Q2, Q3)는 함께 ON 또는 OFF 되는데, 스위칭 소자(Q2, Q3)의 동작 사이에는 일정 시간(예컨대, 수백 ns)의 데드 타임을 두어 스위치 전환 시간을 부여한다. 여기서 데드 타임은 상술한 바와 같이 신호 생성기(200)에서 펄스(Pm_1, Pm_2)에 삽입된 시지연이다.
스위칭 소자(Q1)가 OFF 일 때 커패시터(C2)는 다이오드(D1)를 통해 전하를 충전하고, 역전압으로 인해 다이오드(D2)가 차단되고, 커패시터(C3)는 게이트 구동기(400)에 부스트 전압(HB)을 공급한다. 스위칭 소자(Q1)가 ON 일 때 커패시터(C2)는 충전한 전하를 다이오드(D2) 및 스위칭 소자(Q1)를 통해 커패시터(C3)에 전달한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기의 동작을 설명하기 위한 동작 파형이다.
도 4a는 도 2의 신호 생성기(200)에서 VO, Pm_1, Pm_2의 파형을 나타낸 것이다. 상술한 바와 같이 전하 펌프(300)의 스위칭 소자(Q2, Q3)를 구동하는 펄스 신호(Pm_1, Pm_2)는 함께 High 또는 Low 상태를 갖지만, 시지연이 삽입되어 스위치 전환 시간(즉, 데드 타임)을 부여한다. 여기서 데드 타임은 수 ns 일 수 있다. 도 4b는 펄스 신호(Pm_1, Pm_2)에 따라 도 3의 다이오드(D1, D2)에 흐르는 전류를 나타낸 것이다. 상술한 바와 같이, 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3)의 동작에 따라 다이오드(D1)를 통해 커패시터(C2)를 충전하고, 다이오드(D2)를 통해 커패시터(C3)를 충전하는 동작을 반복한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기가 직류단의 과전류를 차단하는 방법의 흐름도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기를 이용한 직류단의 과전류를 차단하는 방법은 직류단과 스마트 액추에이터 사이에 배치된 n형 모스펫(100)을 제어함으로써 직류단의 과전류를 차단한다. n형 모스펫(100)의 드레인(drain)은 직류단(VDC)과 연결될 수 있고, n형 모스펫(100)의 소스(source)는 스마트 액추에이터와 연결될 수 있다.
구체적으로, 먼저 신호 생성기(200)가 펄스 신호를 생성하고, 전하 펌프(300)에 펄스 신호를 공급한다(S501). 신호 생성기(200)는 NAND 게이트를 이용하여 NOT 게이트의 기능으로 활용한다. 신호 생성기(200)는 펄스 신호의 주기와 듀티비를 결정할 수 있고, 펄스 신호에 시지연(time delay)를 삽입하여 전하 펌프(300)가 시지연을 데드 타임(dead time)으로 활용하도록 할 수 있다.
다음으로, 전하 펌프(300)가 펄스 신호에 따라 게이트 구동기에 부스트 전압을 공급한다(S503). 전하 펌프(300)는 적어도 두 개의 다이오드, 적어도 두 개의 커패시터, 및 적어도 세 개의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 적어도 세 개의 스위칭 소자 중 제1 스위칭 소자가 OFF일 때 적어도 두 개의 커패시터 중 제1 커패시터는 적어도 두 개의 다이오드 중 제1 다이오드를 통해 전하를 충전하고, 적어도 두 개의 다이오드 중 제2 다이오드는 차단되며, 적어도 두 개의 커패시터 중 제2 커패시터는 상기 게이트 구동기에 상기 부스트 전압을 공급할 수 있다. 제1 스위칭 소자가 ON일 때 제1 커패시터는 충전한 전하를 제2 다이오드 및 제1 스위칭 소자를 통해 제2 커패시터에 전달할 수 있다.
다음으로, 게이트 구동기(400)가 스마트 액추에이터 내 제어기(500)로부터 수신한 디지털 DC 신호에 따라 n형 모스펫을 제어한다(S505). 일반적인 하프 브리지 구동용 소자를 게이트 구동기(400)로 사용할 수 있으며, 전하 펌프 기능이 없는 게이트 구동기를 사용할 수 있다.
이상에서 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: n형 모스펫(n-type MOSFET)
200: 신호 생성기(signal generator)
300: 전하 펌프(charge pump)
400: 게이트 구동기(gate driver)
500: 제어기(controller)

Claims (10)

  1. 스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기에 있어서,
    상기 직류단과 상기 스마트 액추에이터 사이에 배치된 n형 모스펫(n-type MOSFET);
    서로 다른 쌍의 펄스 신호를 생성하고, 전하 펌프에 상기 서로 다른 쌍의 펄스 신호를 공급하는 신호 생성기(signal generator);
    상기 서로 다른 쌍의 펄스 신호에 따라 게이트 구동기에 부스트 전압을 공급하는 전하 펌프(charge pump); 및
    상기 n형 모스펫의 게이트에 연결되고, 상기 스마트 액추에이터 내 제어기로부터 수신한 디지털 DC 신호에 따라 상기 n형 모스펫을 제어하는 게이트 구동기(gate driver)를 포함하되,
    상기 신호 생성기는
    상기 스마트 액츄에이터 내 제어기와 독립적으로 상기 서로 다른 쌍의 펄스 신호를 생성하여 제1 출력 및 제2 출력 경로를 통하여 상기 전하 펌프 내의 제1 스위치 및 제2 스위치에 상기 서로 다른 쌍의 펄스 신호를 각각 공급하되,
    상기 신호 생성기는 상기 서로 다른 쌍의 펄스 신호에 시지연(time delay)을 삽입하는, 직류단 과전류 차단기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 n형 모스펫의 드레인(drain)은 상기 직류단과 연결되고, 상기 모스펫의 소스(source)는 상기 스마트 액추에이터와 연결되는, 직류단 과전류 차단기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 신호 생성기는
    제1 저항, 제1 커패시터, 및 제1 및 제2 NAND 게이트를 포함하는 초기 펄스 생성기; 및
    제2 저항, 제2 커패시터, 제3 NAND 게이트, 제4 NAND 게이트, 제5 NAND 게이트, 제6 NAND 게이트, 제7 NAND 게이트, 및 제8 NAND 게이트를 포함하는 시지연 삽입기를 포함하는, 직류단 과전류 차단기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 신호 생성기는 제1 저항 및 제1 커패시터를 이용하여 상기 펄스 신호의 주기를 결정하고, 제2 저항 및 제2 커패시터를 이용하여 상기 펄스 신호에 시지연(time delay)을 삽입하는, 직류단 과전류 차단기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전하 펌프는 적어도 두 개의 다이오드, 적어도 두 개의 커패시터, 및 적어도 세 개의 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 적어도 세 개의 스위칭 소자 중 제1 스위칭 소자가 OFF일 때 상기 적어도 두 개의 커패시터 중 제1 커패시터는 상기 적어도 두 개의 다이오드 중 제1 다이오드를 통해 전하를 충전하고, 상기 적어도 두 개의 다이오드 중 제2 다이오드는 차단되며, 상기 적어도 두 개의 커패시터 중 제2 커패시터는 상기 게이트 구동기에 상기 부스트 전압을 공급하고,
    상기 제1 스위칭 소자가 ON일 때 상기 제1 커패시터는 상기 충전한 전하를 상기 제2 다이오드 및 상기 제1 스위칭 소자를 통해 상기 제2 커패시터에 전달하는, 직류단 과전류 차단기.
  6. 스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기가 상기 직류단과 상기 스마트 액추에이터 사이에 배치된 n형 모스펫(n-type MOSFET)을 제어함으로써 상기 직류단의 과전류를 차단하는 방법에 있어서,
    신호 생성기(signal generator)가 서로 다른 쌍의 펄스 신호를 생성하고, 전하 펌프에 상기 서로 다른 쌍의 펄스 신호를 공급하는 단계;
    전하 펌프(charge pump)가 상기 서로 다른 쌍의 펄스 신호에 따라 게이트 구동기에 부스트 전압을 공급하는 단계; 및
    게이트 구동기(gate driver)가 상기 스마트 액추에이터 내 제어기로부터 수신한 디지털 DC 신호에 따라 상기 n형 모스펫을 제어하는 단계 - 상기 게이트 구동기는 상기 n형 모스펫의 게이트에 연결됨 - 를 포함하되,
    상기 신호 생성기는
    상기 스마트 액츄에이터 내 제어기와 독립적으로 상기 서로 다른 쌍의 펄스 신호를 생성하여 제1 출력 및 제2 출력 경로를 통하여 상기 전하 펌프 내의 제1 스위치 및 제2 스위치에 상기 서로 다른 쌍의 펄스 신호를 각각 공급하되,
    상기 신호 생성기는 상기 서로 다른 쌍의 펄스 신호에 시지연(time delay)을 삽입하는,
    직류단의 과전류를 차단하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 n형 모스펫의 드레인(drain)은 상기 직류단과 연결되고, 상기 n형 모스펫의 소스(source)는 상기 스마트 액추에이터와 연결되는, 직류단의 과전류를 차단하는 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 신호 생성기는
    제1 저항, 제1 커패시터, 및 제1 및 제2 NAND 게이트를 포함하는 초기 펄스 생성기; 및
    제2 저항, 제2 커패시터, 제3 NAND 게이트, 제4 NAND 게이트, 제5 NAND 게이트, 제6 NAND 게이트, 제7 NAND 게이트, 및 제8 NAND 게이트를 포함하는 시지연 삽입기를 포함하는, 직류단의 과전류를 차단하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 신호 생성기가 펄스 신호를 생성하고, 전하 펌프에 상기 펄스 신호를 공급하는 단계는 상기 신호 생성기가 제1 저항 및 제1 커패시터를 이용하여 상기 펄스 신호의 주기를 결정하고, 제2 저항 및 제2 커패시터를 이용하여 상기 펄스 신호에 시지연(time delay)을 삽입하는 단계를 포함하는, 직류단의 과전류를 차단하는 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 전하 펌프는 적어도 두 개의 다이오드, 적어도 두 개의 커패시터, 및 적어도 세 개의 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 전하 펌프가 상기 펄스 신호에 따라 게이트 구동기에 부스트 전압을 공급하는 단계는
    상기 적어도 세 개의 스위칭 소자 중 제1 스위칭 소자가 OFF일 때 상기 적어도 두 개의 커패시터 중 제1 커패시터는 상기 적어도 두 개의 다이오드 중 제1 다이오드를 통해 전하를 충전하고, 상기 적어도 두 개의 다이오드 중 제2 다이오드는 차단되며, 상기 적어도 두 개의 커패시터 중 제2 커패시터는 상기 게이트 구동기에 상기 부스트 전압을 공급하는 단계; 및
    상기 제1 스위칭 소자가 ON일 때 상기 제1 커패시터는 상기 충전한 전하를 상기 제2 다이오드 및 상기 제1 스위칭 소자를 통해 상기 제2 커패시터에 전달하는 단계를 포함하는, 직류단의 과전류를 차단하는 방법.
KR1020200136929A 2020-10-21 2020-10-21 스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기 및 이를 이용한 직류단 과전류 차단 방법 KR102505491B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200136929A KR102505491B1 (ko) 2020-10-21 2020-10-21 스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기 및 이를 이용한 직류단 과전류 차단 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200136929A KR102505491B1 (ko) 2020-10-21 2020-10-21 스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기 및 이를 이용한 직류단 과전류 차단 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220052694A KR20220052694A (ko) 2022-04-28
KR102505491B1 true KR102505491B1 (ko) 2023-03-06

Family

ID=81446835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200136929A KR102505491B1 (ko) 2020-10-21 2020-10-21 스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기 및 이를 이용한 직류단 과전류 차단 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102505491B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115754654A (zh) * 2022-11-16 2023-03-07 湖南三安半导体有限责任公司 功率器件驱动电路、半导体器件测试电路及系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101375748B1 (ko) * 2012-05-31 2014-03-19 주식회사 테라텍 솔레노이드 밸브의 구동회로
JP6098138B2 (ja) * 2012-11-28 2017-03-22 株式会社アドヴィックス 電動ブレーキ制御装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110768205B (zh) * 2016-04-28 2022-02-25 罗姆股份有限公司 过电流保护电路
CN107464585B (zh) 2016-06-06 2020-02-28 华邦电子股份有限公司 电子式熔丝装置以及电子式熔丝阵列
IT201600088220A1 (it) 2016-08-30 2018-03-02 St Microelectronics Srl Circuito di fusibile elettronico, dispositivo e procedimento corrispondenti

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101375748B1 (ko) * 2012-05-31 2014-03-19 주식회사 테라텍 솔레노이드 밸브의 구동회로
JP6098138B2 (ja) * 2012-11-28 2017-03-22 株式会社アドヴィックス 電動ブレーキ制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220052694A (ko) 2022-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3621202B1 (en) Adaptive multi-level gate driver
US9966837B1 (en) Power converter with circuits for providing gate driving
US10284072B2 (en) Voltage regulators with multiple transistors
DE102016224706B4 (de) Gate-Antriebsschaltung für Halbleiterschaltgeräte
US11539294B2 (en) Multi-level power converter with light load flying capacitor voltage regulation
CN110838787B (zh) 一种改善驱动性能的SiC MOSFET主动驱动电路
KR101730636B1 (ko) 안정성이 향상된 양방향 비절연 dc-dc 컨버터
CN103329618A (zh) 用于固态负载的triac调光系统
CN213846230U (zh) 一种过流保护电路
KR102351154B1 (ko) Pwm 벅 컨버터
US11387734B2 (en) Power converter architecture using lower voltage power devices
WO2016073012A1 (en) Switch driver with a low-cost cross-conduction-preventing circuit
CN102624211B (zh) 直流-直流变换器的预偏置开机电路及控制方法
US20040178777A1 (en) Method of forming a power system and structure therefor
KR102505491B1 (ko) 스마트 액추에이터 구동용 직류단 과전류 차단기 및 이를 이용한 직류단 과전류 차단 방법
CN102647176B (zh) 输出驱动器
CN112311215B (zh) 钳位电路和功率模块
US20140015594A1 (en) Switching cells using mosfet power transistors
WO2020021757A1 (ja) スイッチ回路及び電力変換装置
EP3871327A1 (en) Half-bridge with variable dead band control and zero-voltage switching
KR20190108785A (ko) 전원 변환기, 스위칭 소자 구동 장치 및 부하 구동 장치
US6577518B2 (en) Integrated controller for synchronous rectifiers
CN206041786U (zh) 开关管的驱动电路及电源系统
Withanage et al. Series connection of insulated gate bipolar transistors (IGBTs)
KR20170104164A (ko) 개선된 시간 응답 특성을 가지는 레벨 시프터 회로 및 그 제어 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant