KR20130009087A - Ｍｏｓｆｅｔ 보호 회로 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 MOSFET 보호 회로 및 방법에 대하여 개시한다. 본 발명의 일면에 따른 MOSFET 보호 회로는, 일단은 MOSFET의 게이트에 연결되고 타단은 상기 MOSFET의 소스에 연결되며, 시간변화에 따른 상기 게이트의 전압변화가 기설정된 임계치 이상일 때, 상기 MOSFET의 드레인에서 상기 드레인과 상기 소스 간의 콘덴서(Cds)를 지나 상기 게이트와 상기 소스 간의 콘텐서(Cgs)로 유입되는 전류를 충전하는 바이패스 콘덴서; 및 일단은 상기 게이트에 연결되고 타단은 상기 소스에 연결되며, 상기 바이패스 콘텐서에 충전된 상기 전류를 방전하는 바이패스 저항을 포함하고, 상기 게이트와 상기 소스 간에 상기 전류의 충전을 방지하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 MOSFET 보호 회로에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 서지 유입시나 턴오프 스위칭 시에 MOSFET의 게이트를 보호하고, 비정상적인 턴온 현상을 방지할 수 있는 MOSFET 보호 회로 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, MDPS(Motor Driven Power Steering) ECU의 파워블록은 도 1과 같이 6팩의 MOSFET(MOS Field-Effect Transistor)으로 구성되며, MOSFET는 게이트 저항(R4…), 바이패스 저항(R7…) 등의 주변회로와 연결된다.
각 주변회로의 기능을 살펴보면, MOSFET(M1…)는 ECU의 제어부에 의해 PWM 제어 및 모터 구동 에너지의 전달을 위하여 스위칭한다. 그리고, 게이트 저항(R4…)은 스위칭 특성 및 손실에 영향을 주고, 게이트 전압의 서지 전압을 제한하며, 시간 변화에 따른 게이트 전압의 변화(dv/dt)를 조정한다. 또한, 바이패스 저항(R7…)은 게이트 전압의 레벨을 유지시키고, 게이트 전압의 방전 경로를 제공하여 빠른 방전을 돕는다.
통상, MOSFET 소자는 드레인과 소스 간의 콘덴서(Cds) 및 게이트와 소스 간의 콘덴서(Cgs) 값의 비율(Cds/Cgs)이 1 이상이거나, 시간변화에 따른 게이트 전압의 변화(dv/dt)가 갑작스럽게 커질 때 드레인 전류가 Cgs에 충전되면 턴-온될 수가 있다.
그런데, 종래의 MOSFET 주변회로는 음극/양극 서지 전압(Negative/Positive Surge)이 유입되는 경우나, MOSFET의 턴오프(Turn Off) 시에 비정상적으로 드레인에 유입된 전류가 Cgs에 충전되어 비정상적으로 턴온(Turn On) 되는 문제를 방지하지 못하였다.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 바이패스 콘텐서/저항 및 프리휠링(Freewheeling Diode) 다이오드에 의해 게이트와 소스 간의 에너지 충전을 방지할 수 있는 MOSFET 보호 회로 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 백-투-백 제너 다이오드(Back to Back Zener Diode)에 의하여 게이트에서 소스로 입력되는 서지 전압을 차단할 수 있는 MOSFET 보호 회로 및 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 일면에 따른 MOSFET 보호 회로는, 일단은 MOSFET의 게이트에 연결되고 타단은 상기 MOSFET의 소스에 연결되며, 시간변화에 따른 상기 게이트의 전압변화가 기설정된 임계치 이상일 때, 상기 MOSFET의 드레인에서 상기 드레인과 상기 소스 간의 콘덴서(Cds)를 지나 상기 게이트와 상기 소스 간의 콘텐서(Cgs)로 유입되는 전류를 충전하는 바이패스 콘덴서; 및 일단은 상기 게이트에 연결되고 타단은 상기 소스에 연결되며, 상기 바이패스 콘텐서에 충전된 상기 전류를 방전하는 바이패스 저항을 포함하고, 상기 게이트와 상기 소스 간에 상기 전류의 충전을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 면에 따른 MOSFET 보호 방법은, 일단은 MOSFET의 게이트에 연결되고 타단은 상기 MOSFET의 소스에 연결된 바이패스 콘덴서 및 상기 바이패스 콘덴서와 병렬로 연결된 바이패스 저항을 포함하는 MOSFET 보호 회로에 의한 MOSFET 보호 방법으로서, 시간변화에 따른 상기 게이트의 전압변화가 기설정된 임계치 이상일 때, 상기 MOSFET의 드레인에서 상기 드레인과 상기 소스 간의 콘덴서(Cds)를 지나 상기 게이트와 상기 소스 간의 콘텐서(Cgs)로 유입되는 전류를 상기 바이패스 콘덴서가 충전하는 단계; 및 상기 바이패스 콘텐서에 충전된 상기 전류를 상기 바이패스 저항이 방전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 본 발명에서는 dv/dt가 순간적으로 높아질 때 게이트와 소스 간의 전류 충전을 방지하여 MOSFET의 턴오프 시에 게이트가 비정상적으로 턴온 되는 현상을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 음극/양극 서지 전압이나, 노이즈 등이 발생할 때 의해 게이트에서 소스로 입력되는 서지 전압을 차단함에 따라 게이트를 보호할 수 있고, 게이트와 소스 간에 발생된 에너지를 방전함에 따라 MOSFET의 비정상적인 턴온을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 MDPS ECU의 파워블록을 도시한 회로도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MOSFET 보호회로를 도시한 회로도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MOSFET 보호회로를 도시한 회로도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이제 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MOSFET 보호회로를 도시한 회로도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 MOSFET 보호회로(20)는 백-투-백 제너 다이오드(Back to Back Zener Diode)(DZN), 바이패스 저항(RB), 바이패스 콘덴서(CB) 및 프리휠링 다이오드(Freewheeling Diode)(DFW)를 포함한다. 여기서, MOSFET는 Cds/Cgs가 작은 것을 적용하는 것이 좋다.
백-투-백 제너 다이오드(DZN)는 일단은 MOSFET의 게이트(G; 이하, 식별부호 생략)에 연결되고, 타단은 MOSFET의 소스(S; 이하, 식별부호 생략)에 연결된다.
백-투-백 제너 다이오드(DZN)는 MOSFET의 게이트에서 소스로 입력되는 음극/양극 서지 전압을 차단(클램핑)한다. 따라서, 백-투-백 제너 다이오드(DZN)는 MOSFET의 GOX(Gaseous OXygen) 층을 보호할 수 있다.
바이패스 콘덴서(CB)는 일단은 MOSFET의 게이트에 연결되고 타단은 MOSFET의 소스에 연결된다.
바이패스 콘덴서(CB)는 시간변화에 따라 게이트 전압의 변화(dv/dt)가 임계치 이상일 때, 드레인(D; 이하, 식별부호 생략)으로 유입되어 드레인과 소스 간의 콘덴서(Cds)를 지나 게이트와 소스 간의 콘덴서(Cgs)로 유입되는 전류를 충전한다. 여기서, 임계치는 MOSFET의 비정상 상태라고 판단될 수 있는 임계값일 수 있으며, 실험에 의해 결정되거나, MOSFET의 특성에 의하여 결정될 수 있다.
바이패스 저항(RB)은 바이패스 콘덴서(CB)에 병렬로 연결되며, 바이패스 콘덴서(CB)에 충전된 전류를 방전한다.
프리휠링 다이오드(DFW)는 게이트에 직렬로 연결된 게이트 저항(RG)과 병렬로 연결되며, 애노드는 게이트와 연결되고 캐소드는 외부 단자에 연결된다.
프리휠링 다이오드(DFW)는 드레인으로부터 유입되는 변위 전류에 의해 서지가 발생하면, 도통 되어 게이트와 소스 간의 에너지를 게이트 저항(RG)을 통해서 방전시킨다. 여기서, 외부 단자는 게이트를 제어하는 제어신호가 입력되는 입력단자일 수 있으며, 출력단자일 수도 있다.
요약하면, 본원발명은 dv/dt가 기설정된 임계치 이상일 때 MOSFET의 드레인->Cds->Cgs로 유입되는 전류를 바이패스 콘덴서에 의해 충전하고, 바이패스 저항이 방전할 수 있다. 그리고, 프리휠링 다이오드에 의해 드레인으로 유입되는 변위 전류에 의해 서지가 발생하면 게이트와 소스 간의 에너지를 게이트 저항을 통해 방전시킬 수 있다. 또한, 백-투-백 제너 다이오드에 의해 게이트에서 소스로 입력되는 서지 전압을 차단할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 dv/dt가 순간적으로 높아질 때 게이트와 소스 간의 전류 충전을 방지하여 MOSFET의 턴오프 시에 게이트가 비정상적으로 턴온 되는 현상을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 음극/양극 서지 전압이나, 노이즈 등이 발생할 때 의해 게이트에서 소스로 입력되는 서지 전압을 차단함에 따라 게이트를 보호할 수 있고, 게이트와 소스 간에 발생된 에너지를 방전함에 따라 MOSFET의 비정상적인 턴온을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.
Claims (6)
- 일단은 MOSFET의 게이트에 연결되고 타단은 상기 MOSFET의 소스에 연결되며, 시간변화에 따른 상기 게이트의 전압변화가 기설정된 임계치 이상일 때, 상기 MOSFET의 드레인에서 상기 드레인과 상기 소스 간의 콘덴서(Cds)를 지나 상기 게이트와 상기 소스 간의 콘텐서(Cgs)로 유입되는 전류를 충전하는 바이패스 콘덴서; 및
일단은 상기 게이트에 연결되고 타단은 상기 소스에 연결되며, 상기 바이패스 콘텐서에 충전된 상기 전류를 방전하는 바이패스 저항을 포함하고,
상기 게이트와 상기 소스 간에 상기 전류의 충전을 방지하는 MOSFET 보호 회로. - 제1항에 있어서,
상기 게이트에 직렬로 연결된 게이트 저항과 병렬로 연결되며, 애노드는 상기 게이트와 연결되고 캐소드는 외부 단자에 연결되며, 상기 드레인으로 유입되는 변위 전류에 의해 서지가 발생하면 도통되어, 상기 게이트와 상기 소스 간의 에너지를 상기 게이트 저항을 통해 방전시키는 프리휠링 다이오드(Freewheeling Diode)
를 더 포함하는 MOSFET 보호 회로. - 제1항에 있어서,
일단은 상기 게이트에 연결되고 타단은 상기 소스에 연결되며, 상기 게이트에서 상기 소스로 입력되는 서지 전압을 차단하여 상기 MOSFET의 GOX(Gaseous OXygen) 층을 보호하는 백-투-백 제너 다이오드(Back to Back Zener Diode)
를 더 포함하는 MOSFET 보호 회로. - 일단은 MOSFET의 게이트에 연결되고 타단은 상기 MOSFET의 소스에 연결된 바이패스 콘덴서 및 상기 바이패스 콘덴서와 병렬로 연결된 바이패스 저항을 포함하는 MOSFET 보호 회로에 의한 MOSFET 보호 방법으로서,
시간변화에 따른 상기 게이트의 전압변화가 기설정된 임계치 이상일 때, 상기 MOSFET의 드레인에서 상기 드레인과 상기 소스 간의 콘덴서(Cds)를 지나 상기 게이트와 상기 소스 간의 콘텐서(Cgs)로 유입되는 전류를 상기 바이패스 콘덴서가 충전하는 단계; 및
상기 바이패스 콘텐서에 충전된 상기 전류를 상기 바이패스 저항이 방전하는 단계
을 포함하는 MOSFET 보호 방법. - 제4항에 있어서,
상기 게이트에 직렬로 연결되는 게이트 저항과 병렬로 연결되며, 애노드는 상기 게이트와 연결되고 캐소드는 외부 단자에 연결된 프리휠링 다이오드(Freewheeling Diode)가 상기 드레인으로 유입되는 변위 전류에 의해 서지가 발생하면 도통되어, 상기 게이트와 상기 소스 간의 에너지를 상기 게이트 저항을 통해 방전시키는 단계
를 더 포함하는 MOSFET 보호 방법. - 제4항에 있어서,
일단은 상기 게이트에 타단은 상기 소스에 연결된 백-투-백 제너 다이오드(Back to Back Zener Diode)가 상기 게이트에서 상기 소스로 입력되는 서지 전압을 차단하는 단계
를 더 포함하는 MOSFET 보호 방법.
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