KR20130011812A

KR20130011812A - Ｉｇｂｔ 구동 방법

Info

Publication number: KR20130011812A
Application number: KR1020110073229A
Authority: KR
Inventors: 이경호; 박해용; 방승현; 심정욱; 최원준; 김민지
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2013-01-30
Also published as: EP2549650A1; US8723591B2; CN102891669A; US20130021067A1; JP2013027307A

Abstract

절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 구동 방법이 개시된다. IGBT의 드라이버에서, 상기 IGBT의 턴오프시 상기 IGBT 양단에 인가되는 과도전압을 저감하기 위한, 본 발명의 IGBT 구동 방법은, 상기 IGBT의 게이트-에미터 전압의 기울기를 작게 하여, 상기 IGBT 양단에 인가되는 과도전압을 저감한다.

Description

ＩＧＢＴ 구동 방법{METHOD FOR DRIVING IGBT}

본 발명은 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor; 이하, 'IGBT'라 함)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 한류기용 전력소자로서 사용되는 IGBT를 구동하기 위한 방법에 관한 것이다.

일반적으로, IGBT는 게이트(Gate)-에미터(Emitter) 단자를 통한 전압구동 소자로서, 접합형 트랜지스터(Bipolar junction transistor; BJT)와 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor; MOSFET)의 장점을 조합한 소자이다. IGBT는 MOSFET과 같이 높은 입력 임피던스를 가지고 있으며, BJT와 같이 낮은 온상태 도통손실을 나타낸다.

도 1a는 IGBT의 기호를 나타낸 것이다. 도 1a에서, D는 다이오드(Diode)를, C는 콜렉터(Collector)를, E는 에미터를, G는 게이트를 나타낸다.

도 1b는 IGBT의 전류차단(turn-off) 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 게이트 정전용량에 따라, 게이트 전압이 문턱전압(threshold voltage)을 넘어서면 IGBT는 턴온(turn-on) 되고, 문턱전압 이하로 내려가면 턴오프(turn-off)된다.

스위칭시 발생하는 콜렉터-에미터 전압(V_CE)은, 통전선로의 부유 인덕턴스(stray inductance)에 의한 과도전압과 입력전압만큼 발생하게 된다. 이러한 과도전압의 크기를 제한하는 IGBT 구동 방법이 요구된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, IGBT의 제어신호인 게이트-에미터 전압의 기울기를 제어하여, IGBT 전류차단 동작시의 전류의 기울기를 줄이기 위한, IGBT 구동 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)의 드라이버에서, 상기 IGBT의 턴오프시 상기 IGBT 양단에 인가되는 과도전압을 저감하기 위한, 본 발명의 IGBT 구동 방법은, 상기 IGBT의 게이트-에미터 전압의 기울기를 작게 하여, 상기 IGBT 양단에 인가되는 과도전압을 저감하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 IGBT의 게이트-에미터 전압의 기울기를 작게 하는 것은, 상기 IGBT 드라이버의 내부 저항을 크게 변화시키는 것에 의해 수행하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 IGBT 드라이버의 내부 저항을, 실질적으로 25㏀까지 크게 변화시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 IGBT의 게이트-에미터 전압의 기울기를 작게 하는 것은, 상기 IGBT의 문턱전압의 유지시간을 길게 하여 수행하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명은, IGBT의 제어신호인 게이트-에미터 전압의 기울기를 제어하여, IGBT 전류차단 동작시의 전류의 기울기를 줄여, IGBT 양단에 인가되는 전압을 줄이도록 하는 효과가 있다.

도 1a는 IGBT의 기호를 나타낸 것이다.
도 1b는 IGBT의 전류차단 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 2는 종래의 IGBT 구동 방법을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 IGBT 구동 방법을 설명하기 위한 구성도이다.
도 4a는 본 발명에 따라 V_GE의 기울기를 변화시킨 일예를 도시한 그래프이다.
도 4b는 도 4a의 경우의 IGBT 양단에 걸리는 전압을 나타낸 일실시예 그래프이다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나, 또는 '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, '포함한다' 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.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 종래의 구동 방법을 설명한 후, 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 종래의 IGBT 구동 방법을 설명하기 위한 구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 종래의 IGBT(100)와 수동소자(R, L, C)(200)가 병렬로 구성된 병렬회로에서, IGBT(100) 쪽으로 흐르는 전류차단(turn-off) 동작시 IGBT 양단에 과도전압(Vce)이 발생한다. 이러한 과도전압은 IGBT(100)의 파손에 절대적인 영향을 미치게 된다.

종래의 IGBT 회로에서, 과도전압을 방지하기 위해, 스너버 회로(300)를 병렬로 연결하여 사용하고 있다. 스너버란, 반도체 디바이스의 과도전압을 완화하기 위해 사용되는 보조회로소자 혹은 소자의 조합을 말하는 것이다. 주로 RC(저항-캐패시터) 또는 RCD(저항-캐패시터-다이오드)로 구성된다.

그러나, 이러한 스너버 회로(300)는 고전압 설계시 더 많은 수동 전력소자를 필요로 하며, IGBT 동작시 상당량의 추가적인 손실의 변환을 초래하는 문제점이 있다.

본 발명은 스너버 회로(300)를 제거하고, IGBT 전류차단 동작시 IGBT 양단에 걸리는 과도전압을 낮추기 위하여, IGBT의 전류를 제어하기 위한 V_GE의 특성을 변화시키는 방법을 제안한다. 즉, 본 발명은, 스너버 회로를 구성하는 대신, IGBT 스위칭 기술을 이용하여 과도전압에 의한 IGBT의 파손을 방지하는 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 IGBT 구동 방법을 설명하기 위한 구성도로서, 본 발명의 IGBT 구동은 도시되지 않은 IGBT 드라이버 집적회로(IC)를 통해 수행하는 것으로 하겠다. 다만, IGBT 드라이버 IC의 직접적인 구성 및 연결은, 본 발명과 무관한 것으로서, 그에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하는 것으로 한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 IGBT 구동 회로는, IGBT(10)에 R, L, C로 구성되는 수동소자(20)가 병렬로 연결되어 있다.

IGBT(10)의 턴오프 동작시, IGBT(10)의 양단에 걸리는 과도전압(Vce) 또는 피크전압은

에 의해 결정된다. 여기서 L은 구성된 회로의 인덕턴스와 병렬연결된 수동소자(20)의 인덕턴스를 의미하며,

는 턴오프 동작시의 전류의 기울기를 의미한다.

즉, 과도전압을 낮추기 위해서는 인덕턴스 L을 줄이거나, 턴오프되는 전류의 기울기를 줄이면 된다. 그러나, 인덕턴스 L을 줄이는 방법은 회로 구성상 한계가 있으므로, 턴오프되는 전류의 기울기를 줄이는 것이 보다 효과적이다.

따라서, 본 발명은, 턴오프되는 전류의 기울기를 줄이기 위해 IGBT 제어신호인 V_GE의 기울기를 변화시키는 방법을 제안한다.

즉, IGBT에 통전되는 전류의 양은 IGBT 제어신호인 V_GE의 값에 따라 변화되는데, 이러한 V_GE를 제어함으로써 IGBT 턴오프 동작시 전류의 기울기를 줄일 수 있다.

도 4a는 본 발명에 따라 V_GE의 기울기를 변화시킨 일예를 도시한 그래프이고, 도 4b는 도 4a의 경우의 IGBT 양단에 걸리는 전압을 나타낸 일실시예 그래프이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 IGBT 구동 방법은, 도시되지 않은 IGBT 드라이버 IC의 내부 저항을 변화시키는 방법으로 V_GE의 기울기를 변화시킨다.

즉, 도 4a를 참조로 하면, IGBT 드라이버 IC의 내부저항이 5㏀인 경우보다 25㏀인 경우에 V_GE의 기울기가 작아짐을 알 수 있으며, 이때의 IGBT 양단에 걸리는 전압(V_IGBT) 역시 줄어들게 됨을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 구동 방법은, IGBT 드라이버 IC의 내부저항을 더 크게 하는 것에 의해, V_GE의 기울기가 작게 할 수 있는 것이다. 다만, 본 발명의 V_GE의 기울기를 작게 하는 방법이, IGBT 드라이버 IC의 내부저항을 더 크게 하는 것에 한정되지는 않으며, 예를 들어, 문턱전압의 유지시간을 길게 하여 V_GE의 기울기를 줄일 수 있다.

본 발명의 IGBT 구동 방법은, 턴오프되는 전류의 기울기를 줄이기 위해, IGBT 제어신호인 V_GE의 기울기를 줄이는 방법을 제시한다. IGBT에 통전되는 전류의 양은 IGBT 제어신호인 V_GE의 값에 따라 변화되는데, 이러한 V_GE를 제어함으로써, IGBT의 턴오프 동작시 전류의 기울기를 줄일 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10: IGBT 20: 수동소자

Claims

절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)의 드라이버에서, 상기 IGBT의 턴오프시 상기 IGBT 양단에 인가되는 과도전압을 저감하기 위한, IGBT 구동 방법에 있어서,
상기 IGBT의 게이트-에미터 전압의 기울기를 작게 하여, 상기 IGBT 양단에 인가되는 과도전압을 저감하는 IGBT 구동 방법.
제1항에 있어서, 상기 IGBT의 게이트-에미터 전압의 기울기를 작게 하는 것은, 상기 IGBT 드라이버의 내부 저항을 크게 변화시키는 것에 의해 수행하는 IGBT 구동 방법.
제2항에 있어서, 상기 IGBT 드라이버의 내부 저항을, 실질적으로 25㏀까지 크게 변화시키는 IGBT 구동 방법.
제1항에 있어서, 상기 IGBT의 게이트-에미터 전압의 기울기를 작게 하는 것은, 상기 IGBT의 문턱전압의 유지시간을 길게 하여 수행하는 IGBT 구동 방법.