KR19980021586A - Gate driving circuit - Google Patents
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Abstract
본 발명은 F.E.T나 I.G.B.T와 같은 전계효과 트랜지스터의 게이트 구동회로에 관한 것으로 특히 H형 (Full브릿지 or Half브릿지) 브릿지 스위칭회로 구성에 있어서 별도의 게이트 구동 전원이나 절연된 전원공급 수단을 필요로 하지 않는 구동회로를 제공하기 위한 것이다. 종래에는 상단부와 하단부의 스위칭소자의 게이트 전위가 달라 별도의 독립된 게이트-소오스간의 전원 공급수단고 절연수단 및 게이트 제어수단이 필요하였으며, 이러한 종래의 방법의 게이트와 소오스간의 독립되고 절연된 변압기를 필요로 하였고 변압기를 소형, 경량화 하기 위해 고주파 스위칭전원을 만들어 변환시키는 수단을 사용하였다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gate driving circuit of a field effect transistor such as an FET or an IGBT. In particular, the H type (full bridge or half bridge) bridge switching circuit configuration does not require a separate gate driving power supply or an isolated power supply means. It is for providing a driving circuit. Conventionally, the gate potentials of the switching elements of the upper and lower parts are different, and thus, a separate independent gate-source power supply means and an insulation means and a gate control means are required, and an independent and insulated transformer between the gate and the source of the conventional method is required. In order to reduce the size and weight of the transformer, a means of making and converting a high frequency switching power source was used.
그러나 이러한 방법은 P.C.B기판 실장에 있어서 공간을 많이 차지하고, 스위칭 회로의 손실이 커서 변환효율이 낮아질 소지가 크고, 불필요한 E.M.I발생원이 되고, 대체로 부품 코스트가 놓은 결점이 있었다. 본 발명은 모터구동이나 전력 제어에 많이 사용되고 있는 전계효과 트랜지스터(F.E.T, I.G.B.T)의 H형 브릿지 회로에 있어서 게이트 구동회로의 전원을 부하 구동용 전원에서 직접 이용할수 있고, 변압기와 같은 전자(電磁)변환 수단을 배제하여 P.C.B실장 밀도를 놓일수 있고 집적회로(I.C)화가 가능한 부품으로만 구성된 회로를 제공하기 위한 것이다.However, this method takes up a lot of space in the P.C.B substrate mounting, the loss of the switching circuit is large, the conversion efficiency is likely to be lowered, it becomes a source of unnecessary E.M.I, and the component cost is generally high. In the H type bridge circuit of field effect transistors (FET, IGBT), which are widely used for motor driving and power control, the present invention can directly use a power supply of a gate driving circuit from a load driving power supply, It is to provide a circuit composed only of components that can place PCB density by eliminating conversion means and enable integrated circuit (IC).
Description
제1도는 종래의 게이트 구동회로의 일 실시예1 illustrates an embodiment of a conventional gate driving circuit.
제2도는 종래의 게이트 구동회로 구동 전압 파형 설명도2 is a diagram illustrating a conventional gate driving circuit driving voltage waveform
제3도는 본발명의 게이트 구동회로 실시예3 is a gate drive circuit embodiment of the present invention.
제4도는 본발명의 게이트 구동회로 구동전압 파형 설명도4 is an explanatory diagram of a gate voltage driving voltage waveform of the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1 : 발전회로 2 : 절연 고주파 트랜스포머1: power generation circuit 2: insulated high frequency transformer
3 : 브릿지 정류회로 7,71 : 게이트 제어입력3: bridge rectifier circuit 7,71: gate control input
8,9 : 전계효과 트랜지스터(FET ,IGBT )8,9: Field effect transistor (FET, IGBT)
10 : 부하 19 : 포토커플러10: load 19: photocoupler
본 발명은 F.E.T 나 I.G.B.T와 같은 전계효과 트랜지스터의 게이트 구동회로에 관한 것으로 특히 H형 브릿지 스위칭 회로구성에 있어서의 별도의 게이트 구동 전원이나 절연된 전원 공급수단을 필요로 하지 않는 게이트 구동회로를 제공하기 위한 것이다.The present invention relates to a gate driving circuit of a field effect transistor such as an FET or an IGBT, and in particular, to provide a gate driving circuit that does not require a separate gate driving power supply or an isolated power supply means in an H-type bridge switching circuit configuration. It is for.
종래의 H형 브릿지 스위칭 회로에 있어서의 전계효과 트랜지스터의 게이트 구동회로는 부하전원과 절연되어야 하고, 제어논리 회로와 접지 전위가 일치하지 않아서 별도의 독립된 게이트-소오스간의 전원(VGS)공급 수단을 필요로 하였다.In the conventional H-type bridge switching circuit, the gate driving circuit of the field effect transistor must be insulated from the load power supply, and the control logic circuit and the ground potential do not coincide, requiring a separate independent gate-source power supply (VGS) supply means. It was set as.
이러한 전원공급 수단은 각 FET의 게이트와 소오스간의 독립되고 절연된 변압기를 필요로 하였고, 변압기를 소형화하기 위해 고주파 스위칭 전원을 만들어 변환시키는 수단을 사용하기도 하였다. 그러나 이러한 방법은 P.C.B기판실장에 있어서 공간을 많이 차지하고, 스위칭 회로의 손실이 커서 변환 효율이 낮아질 소지가 크고, E.M.I발생원이 되고, 대체로 부품 코스트가 놓은 결점이 있었다.Such power supply means required an independent and insulated transformer between the gate and the source of each FET, and also used a means of making and converting a high frequency switching power supply to miniaturize the transformer. However, this method takes up a lot of space in the P.C.B substrate mounting, the loss of the switching circuit is large, the conversion efficiency is likely to be low, the source of the E.M.I generation, and the component cost was generally high.
본 발명의 목적은 모터 구동이나 전력제어에 많이 사용되고 있는 전계효과 트랜지스터(FET, IGBT) H형 브릿지 스위칭 회로에 있어서 게이트 구동회로의 전원을 부하구동용 전원에서 직접 이용할 수 있고, 변압기와 같은 전자(電磁)변환 수단을 배제하여 P.C.B실장 밀도를 높일 수 있고, 집적회로(I.C)화가 가능한 부품으로만 구성된 회로를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to use the power of the gate driving circuit directly in the load driving power supply in the field effect transistor (FET, IGBT) H-type bridge switching circuit, which is widely used for motor driving and power control, The purpose of the present invention is to provide a circuit composed of only components that can increase the PCB mounting density by eliminating the electronic conversion means and enable the integrated circuit (IC).
이러한 본 발명의 게이트 구동회로를 첨부도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The gate driving circuit of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1도에 도시한 바와같이 H형 브릿지 스위칭 회로에 있어서 상단 전계효과 트랜지스터(8,Ls)의 소오스(S)와는 달리 접지전위가 다르기 때문에 상단 전계효과 트랜지스터(8)을 구동하기 위해서 게이트(G)와 소오스(S)사이에 별도의 전원을 인가하고 게이트(G)신호 제어수단이 필요하다. 종래의 기술과 방법 중에서 가장 널리 공지 공용되고 있는 수단으로서 제1도와 같이 논리회로의 제어출력 신호(7)에 의해 고주파 발진을 하는 발진장치(1)을 구비하고 발진장치(1)출력을 변압기(2)로 변환하여 변환된 교류출력을 정류회로(3)과 콘덴서(4)로 평활된 직류전압을 만들고 그 전압을 저항(5)와 저항(6)으로 분해하여 전계효과 트랜지스터(8)의 게이트에 인가 하였다. 즉, 제2도에 도시한 바와같이 논리회로 제어신호출력(Ve)이 입력(7)에 인가되면 논리“H”상태에서 발진장치(1)의 발진전압이 발생하고, 변압기(2)에 인가된 교류전압이 정류장치에서 정류(31)되고 평활(41)되어 소오스(S)와 게이트(G)간에 인가되면 전계효과 트랜지스터(8)는 턴-온 된다. 논리회로 제어신 호출력(Ve)이 “L”상태이면 발진이 멈추고 변압기(2)에 유도전압이 발생하지 않아서 전계효과 트랜지스터(8)는 턴-오프 되는 것이다. 이와같은 종래의 게이트 구동회로는 상술한 바와같이 발진회로(1)와 변압기(2) 정류장치가 필요하였고, 또한 이러한 전력변환부품들을 소형화 하기 위한 수단으로 발진 주파수를 높였으나 변압기(2) 코어 및 정류회로(3)의 우수한 특성이 요구되고 코스트 부담이 가중되었다. 이러한 종래의 결점들을 해결하기 위해 창출된 본 발명의 게이트 구동회로를 제3도에 의해 설명한다.As shown in FIG. 1, since the ground potential is different from the source S of the top field effect transistors 8 and Ls in the H-type bridge switching circuit, the gate G for driving the top field effect transistor 8 is shown. ) And a separate power source between the source (S) and the gate (G) signal control means is required. As the most widely known means of the prior art and method, as shown in FIG. 1, the oscillator 1 is provided with a high frequency oscillation by the control output signal 7 of the logic circuit. 2) converts the converted AC output into a rectified circuit (3) and a capacitor (4) to make a smooth DC voltage, and breaks the voltage into resistors (5) and (6) to gate the field effect transistor (8). Was applied to. That is, as shown in FIG. 2, when the logic circuit control signal output Ve is applied to the input 7, the oscillation voltage of the oscillation device 1 is generated in the logic " H " state and applied to the transformer 2. When the alternating voltage is rectified 31 at the stop, smoothed 41 and applied between the source S and the gate G, the field effect transistor 8 is turned on. When the logic circuit control signal call force Ve is in the "L" state, the oscillation stops and no induced voltage is generated in the transformer 2, so that the field effect transistor 8 is turned off. As described above, the conventional gate driving circuit requires the oscillation circuit 1 and the transformer 2 stop as described above, and also increases the oscillation frequency as a means for miniaturizing these power conversion components, but the transformer 2 core and the rectification. Excellent characteristics of the circuit 3 are required and the cost burden is increased. The gate driving circuit of the present invention created to solve these conventional drawbacks will be described with reference to FIG.
H형 브릿지 스위칭 회로에 있어서 상단부(Hs)의 전계효과 트랜지스터(8)의 드레인(D)에 저항(15)을 연결하고 저항과 직렬로 다이오드(14)의 애노드측을 연결하고 다이오드 캐소드측과 콘덴서(11)의 +측을 연결하고 콘덴서(11)의 -측을 전계효과 트랜지스터(8)의 소오스(s)측과 연결한다. 그리고 저항(12)와 직렬연결된 제너다이오드(13)을 콘덴서(11)와 병렬로 연결 구성시킨다.In the H-type bridge switching circuit, the resistor 15 is connected to the drain D of the field effect transistor 8 of the upper end Hs, the anode side of the diode 14 is connected in series with the resistor, and the diode cathode side and the capacitor are connected. The + side of the (11) is connected and the-side of the capacitor 11 is connected to the source (s) side of the field effect transistor 8. The zener diode 13 connected in series with the resistor 12 is connected to the capacitor 11 in parallel.
또 저항(12)와 제너다이오드(13)이 직렬로 연결된 점과 전계효과 트랜지스터(8)의 게이트 사이에 게이트 저항(6)을 연결하고, 게이트저항(6)과 소오스(s)사이에 트랜지스터(18)이 콜렉터, 에미터를 각각 연결하고 트랜지스터(18)의 베이스와 다이오드(14)의 캐소드측에 저항(16)을 연결하고 트랜지스터(18)의 베이스와 에미터 사이에 포토커플러(19)의 출력을 연결한다. 또한 포토커플러의 다이오드측 입력에 있어서 애노드측은 논리회로전원(Vcc)를 저항(20)을 통해 연결하고 캐소드측은 NPN트랜지스터(2)의 콜렉터에 연결하고 트랜지스터(22)의 에미터를 하단부(Ls)전계효과 트랜지스터(9)의 소오스(S) 또는 논리회로와의 공통접지에 연결한다. 또 트랜지스터(22)의 베이스에는 저항(21)을 연결하고 저항(21)의 다른 일측을 게이트 제어 입력단(7)으로 한다. 그리고 상단부(HS)의 전계효과 트랜지스터(8)의 소오스(S)와 하단부(LS)의 전계효과 트랜지스터(9)의 소오스(S)사이를 저항(23)으로 연결한다. 이와같이 구성된 H형 브릿지회로의 좌,우의 다른 일측은 똑 같은 구성이므로 설명을 생략하고 본 발명의 회로기능에 대해서 설명하면 다음과 같다. 부하(10)에 스위칭 전력을 공급하기 위해 인가되는 전원전압(+V)이 전계효과 트랜지스터(8)의 드레인측에 인가되면 저항(15)를 통하고 다이오드(14)를 통해서 콘덴서(11) 플러스측에 플러스 전류가 흐르고 저항(22)을 통해 마이너스 측 전류가 흐름으로써 콘덴서(11)에 충전전압이 형성된다. 콘덴서(11)의 전압은 저항(12)와 제너다이오드(13)에 의해 전계효과 트랜지스터(8)의 게이트 구동에 필요한 전압으로 조정되고 안정된다.In addition, the gate resistor 6 is connected between the point where the resistor 12 and the zener diode 13 are connected in series and the gate of the field effect transistor 8, and between the gate resistor 6 and the source s, 18 connects the collector and the emitter, respectively, and connects the resistor 16 to the base of the transistor 18 and the cathode side of the diode 14 and between the base and emitter of the transistor 18 Connect the output. In addition, in the diode-side input of the photocoupler, the anode side connects the logic circuit power supply (Vcc) through the resistor 20, the cathode side connects to the collector of the NPN transistor 2, and the emitter of the transistor 22 is connected to the lower portion (Ls). It is connected to the common ground with the source S or the logic circuit of the field effect transistor 9. In addition, a resistor 21 is connected to the base of the transistor 22, and the other side of the resistor 21 is used as the gate control input terminal 7. A resistor 23 connects the source S of the field effect transistor 8 of the upper end HS and the source S of the field effect transistor 9 of the lower end LS. Since the other side of the left and right sides of the H-type bridge circuit configured as described above is the same configuration, the description of the circuit functions of the present invention will be omitted as follows. When a power supply voltage (+ V) applied to supply the switching power to the load 10 is applied to the drain side of the field effect transistor 8, the capacitor 11 plus through the resistor 15 and through the diode 14 A positive voltage flows to the side and a negative side current flows through the resistor 22 to form a charging voltage in the capacitor 11. The voltage of the capacitor 11 is adjusted and stabilized by the resistor 12 and the zener diode 13 to the voltage required for the gate driving of the field effect transistor 8.
즉 제너다이노드(13)의 제너전압이 상단(Hs)전계효과 트랜지스터(8)의 독립된 전원 역할을 하게 되는 것이다.That is, the zener voltage of the zener die 13 serves as an independent power source of the top field effect transistor 8.
저항 (15)와 저항(23)은 +전원과 -전원의 균등한 전위분배를 위해 역할하고 콘덴서(11)은 -측과 전계효과 트랜지스터의 소오스(S)가 서로 연결되어 있어서 동일 전위가 되므로 안정된 게이트 전원 역할을 하고, 전계효과 트랜지스터(8)의 게이트를 턴-온 시키고 유지하는데 필요한 전압(전하공급원)을 제공한다.The resistor 15 and the resistor 23 serve for equal potential distribution of the + power supply and the-power supply, and the capacitor 11 is stable because the source S of the field-side transistor and the field-effect transistor are connected to each other to become the same potential. It serves as a gate power source and provides the voltage (charge source) required to turn on and maintain the gate of the field effect transistor 8.
이러한 제너다이오드(13)의 전압은 저항(6)을 통해 게이트(G)에 플러스 전하가 인가되지만 트랜지스터(18)은 트랜지스터의 베이스에 연결된 저항(16)에 의해 플러스 전압이 인가되고 있으므로 ON상태이기 때문에 전계효과 트랜지스터(8)OFF 상태를 유지하게 된다. 한편 제4도에 도시한 바와같이 논리회로로부터 게이트 제어입력(7)이 “H”상태로 인가되면 NPN 트랜지스터(22)는 ON되고 포토커플러 입력단 다이오드가 발광 ON되므로 트랜지스터(18)의 베이스와 에미터 사이에 연결된 포토커플러의 출력 트랜지스터가 ON되므로 트랜지스터(18)은 OFF된다. 따라서 전계효과 트랜지스터(8)의 게이트에 게이트전압(제4도 181)이 인가되고 전계효과 트랜지스터(8)는 ON된다.The voltage of the zener diode 13 is ON because the positive charge is applied to the gate G through the resistor 6, but the transistor 18 is ON because the positive voltage is applied by the resistor 16 connected to the base of the transistor. Therefore, the field effect transistor 8 is kept off. On the other hand, as shown in FIG. 4, when the gate control input 7 is applied to the "H" state from the logic circuit, the NPN transistor 22 is turned on and the photocoupler input terminal diode is turned on. Since the output transistor of the photocoupler connected between the terminals is turned on, the transistor 18 is turned off. Therefore, the gate voltage (FIG. 181) is applied to the gate of the field effect transistor 8, and the field effect transistor 8 is turned ON.
이와같은 회로기능에 의해 제4도와 같이 게이트제어 입력(7)의 “H”또는“L”상 태의 논리 신호에 의해 별도의 게이트전원용 전력변환 수단이나 장치를 필요로 하지 않고 게이트 전압(181)을 얻을 수 있다.By such a circuit function, as shown in FIG. 4, the gate voltage 181 can be reduced by the logic signal in the "H" or "L" state of the gate control input 7 without the need for a separate power supply means or device for gate power supply. You can get it.
한편 전계효과 트랜지스터(8)가 ON되면 전계효과 트랜지스터(8)의 드레인-소오 사이의 저항이 수 이하로 낮아지므로 콘덴서(11)에 전압공급이 끊어지고 오히려 콘덴서(11)에 충전되었던 전류가 역류될 수 있다. 그러나 다이오드(14)가 전원측으로부터는 순방향으로 연결되어 있으나 콘덴서(11) 플러스측으로 부터는 역방향으로 연결되어 있어서 이러한 현상을 방지한다.On the other hand, when the field effect transistor 8 is turned on, the resistance between the drain and the source of the field effect transistor 8 is lowered to a number or less, so that the voltage supply to the capacitor 11 is cut off and the current charged in the capacitor 11 is reversed. Can be. However, the diode 14 is connected in the forward direction from the power supply side, but is connected in the reverse direction from the capacitor 11 plus side, thereby preventing this phenomenon.
콘덴서(11)는 전계효과 트랜지스터(8)를 스위칭 하는 주파수의 ON시간을 감안해서 캐패시턴스 용량을 결정한다.The capacitor 11 determines the capacitance capacity in consideration of the ON time of the frequency for switching the field effect transistor 8.
이와같이 구성된 본 발명의 게이트 제어회로는 H형 브릿지 스위칭 회로에 있어서 상단 전계효과 트랜지스터의 게이트전원을 부하전원 접지와 절연되게 할수 있는 전원장치를 구비하거나 특별한 변환장치를 필요로 하지 않고, 부하구동용 전원(+VL)을 직접 이용할 수 있다. 또한 콘덴서(11)을 제외한 나머지 부품들은 모두 저항과 반도체 소자들로 구성되어 있어사 1개의 칩 I.C화 하는데 매우 용이 하므로 P.C.B실장을 대폭 축소할 수 있고 신뢰도를 놓일수 있을 뿐만 아니라 불필요한 고주파 영역의 전자파 발생을(EMI) 최소화 할 수 있는 장점들이 있는 것이다.The gate control circuit of the present invention configured as described above has a power supply device capable of insulating the gate power supply of the top field effect transistor from the load power supply ground in the H-type bridge switching circuit, or does not require a special conversion device. (+ VL) can be used directly. In addition, all the components except the capacitor 11 are composed of resistors and semiconductor elements, so it is very easy to form a single chip IC, which greatly reduces PCB mounting and reliability, as well as electromagnetic waves in an unnecessary high frequency region. There are advantages to minimizing occurrence (EMI).
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Family Applications (1)
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