KR20140103068A - 파워 서플라이 보호 시스템 - Google Patents

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KR20140103068A
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제임스 이. 길버그
유르겐 피안카
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페어차일드 세미컨덕터 코포레이션
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Abstract

디바이스 및 방법은, 파워 서플라이에서의 요동과 무관하게 게이트 구동기 단자 상에 안정된 출력을 유지하기 위한 보호 디바이스를 제공하고, 이러한 보호 디바이스는, 파워 서플라이를 모니터링하고 파워 서플라이에서의 요동을 검출하도록 구성되는 저전압 검출 회로; 및 저전압 검출 회로가 파워 서플라이에서의 요동을 검출하는 경우 파워 서플라이로부터 게이트 구동기 단자를 격리시키도록 구성되는 게이트 격리 회로를 포함하고, 게이트 구동기 단자의 전압은 게이트가 격리될 때 미리선택된 범위 내에서 유지된다.

Description

파워 서플라이 보호 시스템{POWER SUPPLY PROTECTION SYSTEM}
본 개시내용은 파워 서플라이 보호 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 고전압 응용을 위한 게이트 보호 회로에 관한 것이다.
자동차 전자 시스템에서, 점화 코일은 스타터 모터를 구동하기 위해 통상적으로 수백 볼트를 유도한다. 이러한 점화 코일은 통상적으로 고전압 스위치(예를 들면, IGBT, MOSFET 등)에 의해 제어되어, 점화 코일이 배터리 전압에 커플링된다. 순간적인 배터리 전압 강하가 있는 경우, 이러한 순간적인 강하에 기인하여 고전압 스위치의 게이트가 방전되어 턴오프될 수 있고, 이에 의해 점화 코일에서 부동(floating) 고전압 상태가 유발될 수 있다. 이러한 부동 고전압 상태는 보통 1차의 점화 코일로부터 2차의 점화 코일로 스파크를 발생시키는데, 이는 주변의 전자 컴포넌트에 위험하고 및/또는 손상을 줄 수 있다. 이러한 스파크 문제를 해소하기 위한 기존의 접근법에는 대형 커패시터를 이용하는 것이 포함되는데, 이러한 대형 커패시터는 본질적으로 배터리로 동작하여 순간적인 배터리 전압 강하 동안에 고전압 스위치를 온 상태 그리고 도전 상태로 유지하기 위해 이용된다. 그러나 이러한 접근법은 비교적 대형의 커패시터를 요하며, 이는 구현하기 위해 부가적인 비용과 물리적인 공간을 필요로 한다.
청구 대상의 특징 및 장점은, 이에 부합하는 여러 예시적인 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이고, 이러한 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조하여 고려되어야 한다.
도 1은 본 개시내용의 다양한 예시적인 실시예와 부합하는 파워 서플라이 보호 시스템에 대한 블록도이다.
도 2는 본 개시내용의 하나의 예시적인 실시예에 따른 파워 서플라이 보호 시스템에 대한 회로도이다.
도 3은 도 2의 회로도의 시뮬레이션 파형을 나타낸다.
도 4는 본 개시내용의 몇몇 예시적인 실시예에 따른 동작의 플로우차트를 나타낸다.
도 5는 본 개시내용의 몇몇 예시적인 실시예에 따른 게이트 구동기 단자를 격리하기 위한 동작의 플로우차트를 나타낸다.
예시적인 실시예를 참조하여 다음의 상세한 설명이 이루어지지만, 수많은 대안, 수정, 변형이 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
도 1은 본 개시내용의 다양한 예시적인 실시예와 부합하는 파워 서플라이 보호 시스템(100)의 블록도이다. 도 1에 도시된 파워 서플라이 보호 시스템(100)은, 반도체 집적 회로 칩, 시스템 온 칩(SoC) 등과 같은 범용 또는 커스텀 집적 회로(IC)에 포함되거나 또는 이러한 집적 회로의 일부를 형성할 수 있다. 다음의 설명은 예를 들어 자동차 스타터 코일을 참조할 것이지만, 이는 단지 비제한적인 예시에 불과하고 본 개시내용의 교시는 무정전(Uninterrupted) 스위치 컨덕턴스가 바람직하거나 필요한 임의의 시스템에서 이용될 수 있다는 점을 이해해야 한다. 부가적으로, 다음의 상세한 설명은 몇몇 특정한 타입의 스위치 회로, 예를 들어 FET, BJT, IGBT, SiC 등에 관해 설명할 것이지만, (통상의 기술자가 이해하는 바와 같이) 이러한 스위치 타입은 특정 응용을 위해 교환가능하며, 따라서 본 개시내용은 도면에 도시되어 있고 및/또는 본원에서 기술될 수 있는 어떠한 특정 스위치 타입으로도 제한되지 않는다는 점을 이해해야 할 것이다.
파워 서플라이 보호 시스템(100)은 게이트 제어기(106)를 포함하고, 이러한 게이트 제어기(106)는 일반적으로 배터리 전압(102)이 통상적인 동작 값 아래로 강하될 때 무정전 게이트 제어 신호(104)를 제공하도록 구성된다. 게이트 제어 신호(104)는 외부 고전압 회로(본 도면에는 미도시, 예컨대 스타터 코일)에 커플링된 스위치(도면에는 미도시)를 제어하기 위해 활용될 수 있다. 게이트 제어기(106)는 일반적으로 내부 파워 서플라이 회로(108)를 포함하고, 이러한 내부 파워 서플라이 회로(108)는 게이트 제어기(106)의 기능상의 컴포넌트들 중 일부 또는 모든 컴포넌트에 전원을 공급하기 위해 내부 전압(109)(예를 들어, Vdd 전압)을 생성하도록 구성된다. 내부 파워 서플라이 회로(108)는 일반적으로 배터리 전압(102)에 기초하여 내부 전압(109)을 생성하도록 구성된다. 게이트 제어기(106)는 또한, 내부 전압(109)의 저전압 상태를 검출하도록 구성되는 저전압 검출 회로(110)를 포함할 수 있다. 하이사이드(highside) 구동기 회로(114) 및 로우사이드(lowside) 구동기 회로(116)는 일반적으로 상이한 동작 상태 하에서 게이트 제어 신호를 제공하도록 구성되며, 이에 대해서는 이하 상세하게 설명할 것이다. 3상 제어기 회로(112)도 제공될 수 있고, 이러한 3상 제어기 회로(112)는, 하이사이드 구동기 회로(114) 및/또는 로우사이드 구동기 회로(116)의 동작을 제어하도록 제어 신호(113)를 생성하여 다양한 동작 상태 하에서 게이트 제어 신호(104)를 제공하도록 구성된다. 3상 제어기 회로(112)는 일반적으로 게이트 제어 신호(104)의 필요한 상태를 나타내는 인에이블 신호(111)를 수신하도록 구성된다(즉, 제어 신호(111)는 게이트 제어 신호(104)가 하이 상태인지 또는 로우 상태인지를 나타낸다).
일례로서, 인에이블 신호(111)가 로우 상태인 경우, 3상 제어기 회로(112)는 게이트 제어 신호(104) 또한 로우 상태가 되도록 하이사이드 구동기 회로(114) 및/또는 로우사이드 구동기 회로(116)를 제어하는 제어 신호(113)를 생성하도록 구성된다. 다른 예로서, 인에이블 신호(111)가 하이 상태인 경우, 3상 제어기 회로(112)는 게이트 제어 신호(104) 또한 하이 상태가 되도록 하이사이드 구동기 회로(114) 및/또는 로우사이드 구동기 회로(116)를 제어하는 제어 신호(113)를 생성하도록 구성된다. 또 다른 예로서, 인에이블 신호(111)가 하이 상태이지만, 배터리 전압(102)이 일시적으로 임계값 미만으로 강하되는 경우, 3상 제어기 회로(112)는 게이트 제어 신호(104)가 하이 상태로 유지되도록 하이사이드 구동기 회로(114) 및/또는 로우사이드 구동기 회로(116)를 제어하는 제어 신호(113)를 생성하도록 구성된다. 따라서 게이트 제어기(106)는, 부하에서 무정전으로 전원 전달이 이루어지도록 하기 위해 커플링된 스위치를 활성상태가 되게 허용하는 상태로 게이트 제어 신호(104)를 유지하도록 구성된다. 이러한 예들에서는, 게이트 제어 신호(104)가, 로우 상태의 게이트 제어 신호에서는 개방되고, 하이 상태의 게이트 제어 신호(104)에서는 닫히도록(도전 상태) 제어될 수 있는 스위치에 커플링된다고 가정한다. 물론 통상의 기술자는, 이와 다른 스위치 타입이, 하이 상태의 게이트 제어 신호에서 개방되고, 로우 상태의 게이트 제어 신호에서 닫히도록 동작할 수 있다는 점을 인식할 것이고, 따라서 주지된 바와 같이 게이트 제어기 회로가 게이트 제어 신호(104)에 대해 적절한 레벨을 생성하도록 수정될 수 있다는 점을 인식할 것이다.
도 2는 본 개시내용의 하나의 예시적인 실시예에 따른 파워 서플라이 보호 시스템(200)의 회로도이다. 이러한 예시적인 실시예에서는, 게이트 제어 신호(104)가 스위치(224)의 도전 상태를 제어하기 위해 이용된다. 점화 코일의 1차 측(인덕터 코일(226)로 도시됨)은 스위치(224)의 컬렉터와 배터리 전압(102) 사이에 커플링된다. 이러한 예시적인 실시예에서는 인에이블 신호(111')를 생성하기 위해 인에이블 신호 생성 회로(202)가 포함된다. 일례로서, 인에이블 신호 생성 회로(202)는 자동차 전자 제어 회로를 포함할 수 있다. 이러한 예시적인 실시예의 게이트 제어기(106')는 인에이블 신호(111')의 상태와 배터리 전압(102)의 상태에 기초하여 게이트 제어 신호(104)를 생성하도록 구성되며, 이에 대해서는 이하 보다 상세하게 설명할 것이다.
이러한 예시적인 실시예의 내부 파워 서플라이(108')는 배터리 전압(102) 및 커패시터(214)에 커플링된 전압 조정기 회로(212)를 포함한다. 전압 조정기 회로는 내부 전압(예컨대, Vdd)(109')을 생성하도록 구성된다. 커패시터(214)는 내부 파워 서플라이 레일(109')에 커플링되고, 파워 서플라이(109')의 필터링을 제공하도록 구성된다.
이러한 예시적인 실시예는 또한, 인에이블 신호(111') 및 내부 파워 서플라이(109')에 커플링된 아날로그 및 디지털 회로(204)를 포함한다. 아날로그 및 디지털 회로(204)는 예를 들어, 인에이블 신호(111')가 필요한 시간 임계값을 넘어 어서팅되는 것을 방지하기 위해 타임아웃 회로를 포함할 수 있다. 아날로그 및 디지털 회로(204)는 기준점(예를 들어, 접지)(201)에 커플링될 수 있고, 3상 제어 회로(112'), 하이사이드 구동기 회로(114') 및 로우사이드 구동기 회로(116')의 동작을 제어하기 위해 마스터 구동 신호(203)를 생성하도록 구성될 수 있고, 이에 대해서는 이하에서 보다 상세하게 설명할 것이다. 이러한 예시적인 실시예는 또한, 내부 파워 서플라이(109')에 커플링되고 내부 파워 서플라이(109')의 상태를 나타내는 제1 구동 신호(207)를 생성하도록 구성되는 저전압 검출 회로(110')를 포함한다. 이러한 예에서는, 배터리 전압(102)이 공칭 동작 레벨(예컨대, 12 볼트 DC)에 있고 내부 전압(109')이 공칭 동작 레벨에 있는 경우, 제1 구동 신호(207)가 하이 상태일 것이다. 저전압 검출 회로(110')는 기준 전압(미도시)과 내부 파워 서플라이(109')를 비교하도록 구성되고, 기준 전압은 일반적으로 내부 파워 서플라이(109')의 전압보다 낮게 선택된다. 내부 파워 서플라이(109')가 기준 전압 아래로 강하되는 경우, 이는 배터리 전압(102)이 공칭 동작 전압(예컨대, 12 볼트) 아래로 강하되었음을 나타내며, 제1 구동 신호(207)는 상태를 변경한다(예를 들어, 하이 상태에서 로우 상태로). 예시적인 실시예는 이에 한정되지 않으며, 저전압 검출 회로(110')는 포함되거나 포함되지 않을 수 있고, 및/또는 배터리 전압(102)이 공칭 동작 레벨에 있고 내부 전압(109')이 공칭 동작 레벨에 있는 경우 제1 구동 신호(207)가 로우 상태가 되게 제어하도록 구성될 수 있다.
이러한 예시적인 실시예의 3상 제어 회로(112')는 제1 구동 신호(207)에 의해 제어되는 P-타입 스위치(208) 및 N-타입 스위치(210)를 포함하는 인버터 회로를 포함한다. 인버터 회로(208 및 210)는 제2 구동 신호(209)를 생성하도록 구성된다. 제2 구동 신호(209)는 신호(207)의 인버팅된 버전이다. 스위치(208 및 210)의 게이트는 제1 구동 신호(207)에 커플링되고, 스위치(208 및 210)의 드레인은 함께 커플링되어 제2 구동 신호(209)를 생성하게 된다. 스위치(208)의 소스는 게이트 제어 신호(104)에 커플링되고 스위치(210)의 소스는 기준점(201)에 커플링된다.
이러한 예시적인 실시예의 하이사이드 구동기 회로(114')는 P-타입 스위치(212), P-타입 스위치(214), 다이오드(D1) 및 다이오드(D2)를 포함한다. 스위치(212)의 소스는 내부 파워 서플라이(109')에 커플링되고, 스위치(212)의 드레인은 스위치(214)의 소스에 커플링되며, 스위치(212)의 게이트는 제2 구동 신호(209)에 커플링된다. 스위치(214)의 소스는 스위치(212)의 드레인에 커플링되고, 스위치(214)의 드레인은 로우사이드 구동기 회로(116')에 커플링되며(이하 기술), 스위치(214)의 게이트는 마스터 구동 신호(203)에 커플링된다. 스위치(212 및 214)의 벌크 영역은 도시된 바와 같이 BULK 노드에서 함께 커플링된다. 다이오드(D2)는 BULK 노드에 대한 순방향 바이어스로 내부 파워 서플라이(109')에 커플링되고, 다이오드(D1)는 BULK 노드에 대한 순방향 바이어스로 게이트 제어 신호(104)에 커플링된다.
이러한 예시적인 실시예의 로우사이드 구동기 회로(116')는 N-타입 스위치(218) 및 N-타입 스위치(220)를 포함한다. 스위치(218)의 드레인은 저항기(R4)를 통해 스위치(214)의 드레인에 커플링되고, 게이트 제어 신호(104)에 커플링된다. 스위치(218)의 소스는 스위치(220)의 드레인에 커플링되고, 스위치(218)의 게이트는 마스터 구동 신호(203)에 커플링된다. 스위치(220)의 드레인은 스위치(218)의 소스에 커플링되고, 스위치(220)의 소스는 기준점(201)(예컨대, 접지)에 커플링되고, 스위치(220)의 게이트는 제1 구동 신호(207)에 커플링된다. 스위치(218 및 220)의 벌크 영역은 함께 기준점(201)에 커플링된다.
인덕터 코일(226)의 1차 측을 통하는 전류를 제한하기 위해, 이러한 예시적인 실시예는 또한 전류 제한 제어 회로를 포함할 수 있고, 이러한 전류 제한 제어 회로는 게이트 제어 신호(104)에 커플링된 N-타입 스위치(216) 및 증폭기(222)를 포함할 수 있다. 증폭기(222)는 점화 코일(226) 및/또는 스위치(224)에서의 전류에 비례하는 감지 전압에 대하여 내부 기준 전압을 비교하도록 구성될 수 있다. 감지 전압은 예를 들어 감지 저항기 회로(228)(Rsense)를 이용하여 생성될 수 있다. 증폭기(222)의 출력은 감지 저항기 회로(228)(Rsense)를 통해 감지된 신호에 기초하여 스위치(224)에서의 전류를 제어하는데 이용될 수 잇다. 스위치(216)의 소스는 증폭기(222)의 출력에 커플링되고, 스위치(216)의 드레인은 게이트 제어 신호(104)에 커플링되며, 스위치(216)의 게이트는 제1 구동 신호(207)에 커플링된다. 스위치(216)의 벌크 영역은 스위치(218 및 220)의 벌크 영역에 커플링될 수 있다. 게이트 제어기(106')의 동작에 대해 이하 상세하게 기술할 것이다.
인에이블 신호 어서팅 - 통상적인 배터리 전압
동작 시에, 인에이블 신호 생성 회로(202)가 인에이블 신호(111')를 어서팅하는 경우, 이는 게이트 제어 신호(104)가, 스위치(224)로 하여금 전도(conduct)하도록 제어하는 상태, 즉 전류가 배터리(102)로부터 인덕터 코일(226)의 1차 측을 통해 흐를 수 있도록 제어하는 상태에 있어야 함을 나타낸다. 본 예시의 목적으로, 인에이블 신호(111')는 하이 상태로 어서팅되고, 배터리 전압(102)은 통상적인 것으로 간주될 수 있는 공칭 동작 레벨(예를 들어, 12 볼트 DC)이다. 배터리 전압(102)이 통상적인 경우, 전압 조정기 회로(212)는 내부 파워 서플라이(Vdd)(109')를 생성한다. 내부 파워 서플라이(109')가 임계값을 넘어서는 경우, 저전압 검출 회로(110')는 하이 상태의 제1 구동 신호(207)를 생성한다. 3상 제어기 회로(112')는 스위치(208)가 오프 상태이고 스위치(210)가 온 상태이기 때문에 로우 상태의 제2 구동 신호(209)를 생성한다. 마스터 게이트 제어 신호(203)가 로우 상태이기 때문에(아날로그 및 디지털 회로(204)에 의해 생성), 스위치(214)는 온 상태이고 스위치(218)는 오프 상태이다. 제1 구동 신호(207)가 하이 상태이기 때문에 스위치(216, 220)가 턴온되는 한편, 제2 구동 신호(209)가 로우 상태이기 때문에 스위치(212)가 턴온된다. 따라서, 게이트 제어 신호(104)는 하이 상태이고(스위치(212, 214, 216)를 통해 Vdd로부터), 스위치(224)는 턴온되어 전도하게 된다.
인에이블 신호 어서팅 - 배터리 전압이 대략 0으로 강하되는 경우
인에이블 신호(111')가 어서팅되는 경우, 배터리 전압(102)이 순간적으로 강하되는 경우가 있을 수 있다(예컨대, 10 마이크로초 정도). 본 개시내용의 게이트 제어기(106')가 없다면, 배터리 전압(102)의 이러한 순간적인 강하에 의해 게이트 제어 신호(104)가 방전될 수 있고, 따라서 스위치(224)가 개방되어 고전압 상태가 스위치(224)의 컬렉터에 존재하게 될 수 있다. 이러한 고전압 상태는 1차의 인덕터 코일(226)로부터 2차의 스타터 코일(미도시)로 위험하거나 손상을 주는 스파크를 유발할 수 있다. 따라서, 이러한 예시적인 실시예의 게이트 제어기(106')는 배터리 전압(102)의 이러한 순간적인 강하에도 불구하고 게이트 제어기 신호(104)의 상태를 유지하도록 구성된다. 동작 시에, 배터리 전압(102)이 공칭 동작 레벨(대략 12 볼트 DC) 아래로 강하되는 경우, 예를 들어 대략 0 볼트로 강하되는 경우, 내부 파워 서플라이(109')는, 저전압 검출 회로(110')가 로우 상태의 제1 구동 신호(207)를 생성할 수 있도록 하는 레벨로 강하될 수 있다. 이에 의해 스위치(208)가 턴온되고 스위치(210)가 턴오프되어 제2 구동 신호(209)가 하이 상태가 된다. 제1 구동 신호(207)가 로우 상태이므로 스위치(216, 220)는 턴오프된다. 제1 구동 신호(207)가 로우 상태이므로 스위치(208)가 온 상태이고 스위치(208)의 소스가 게이트 제어기 신호의 전압(하이)으로 유지되기 때문에, 스위치(208)의 드레인과 스위치(212)의 게이트는 대략적으로 게이트 제어기 신호의 전압(하이)으로 유지되어, 스위치(212)를 턴오프한다. 스위치(212)가 오프 상태이기 때문에, 다이오드(D2)는 게이트 제어기 신호(104)의 전압이 Vdd 레일(109')로 방전되는 것을 차단하고(이는 저전압 상태 동안 게이트 제어 신호(104)보다 상당히 낮을 수 있음), 이로써 스위치(224)는 도전 상태로 유지되지만 배터리 전압(102)은 0으로 강하된다. 그러므로, 게이트 제어기 신호(104)에서의 전압은 게이트가 격리될 때 미리선택된 범위 내에서 유지된다.
스위치(212, 220)가 오프 상태여서 게이트 제어 신호(104)를 기준점(201)(예컨대, 접지) 또는 파워 서플라이 레일(109')로부터 격리시키게 되므로, 스위치(214, 218)의 상태는 중요하지 않다. 배터리 전압이 통상적인 동작 전압으로 상승할 때, 제어기(106')는 위에서 "인에이블 신호 어서팅 - 통상적인 배터리 전압"과 관련하여 기술한 바와 같이 동작한다.
인에이블 신호 디- 어서팅
배터리 전압(102)이 통상적일 때 인에이블 신호 생성 회로(202)가 인에이블 신호(111')을 디-어서팅(de-assert)하는 경우, 마스터 제어 신호(203)는 하이 상태이고, 제1 구동 신호(207)가 하이 상태이며, 제2 구동 신호(209)는 로우 상태이다. 따라서, 제2 구동 신호(209)가 하이 상태이므로 스위치(212)는 오프 상태이고, 마스터 제어 신호(203)가 하이 상태이므로 스위치(214)는 오프 상태이며, 제1 구동 신호(207)가 하이 상태이므로 스위치(216, 220)는 온 상태이고, 마스터 제어 신호(203)가 하이 상태이므로 스위치(218)는 온 상태이다. 다이오드(D1)는 게이트 제어 신호(104)로부터 전압 레일(Vdd)(109')을 차단하고, 게이트 제어 신호(104)는 스위치(218, 220)를 통해 기준점(201)으로 방전된다. 따라서, 게이트 제어 신호(104)는 로우 상태이고, 스위치(224)는 전도하지 않는다.
도 3은 도 2의 회로도의 시뮬레이션 파형(300)을 도시한다. 파형(302)은 게이트 제어 신호(104)를 나타내고, 파형(304)은 스위치(224)의 컬렉터 전압을, 파형(306)은 1차의 인덕터 코일(226)을 통하는 전류를, 파형(308)은 배터리 전압(102)을, 파형(310)은 전압 조정기 회로(212)에 대한 입력 전압을, 파형(312)은 인에이블 신호(111')를, 파형(314)은 내부 전압 레일(109')의 전압을 각각 나타낸다. 인에이블 신호(312)가 어서팅될 때(로우 상태에서 하이 상태로), 게이트 제어 신호(302)는 상태를 변경하고(로우 상태에서 하이 상태로) 컬렉터 전압(304)이 강하된다. 1차의 스타터 코일(306)을 통하는 전류는 램프형으로(ramp) 증가하여 통상적인 동작 값에 도달한다. 배터리 전압(308)의 순간적인 강하(316) 동안에, 내부 전압 레일(314) 또한 강하하지만(318), 게이트 제어기(106')에 대하여 위에서 기술한 바와 같은 동작의 결과로서, 동일한 기간 내에 게이트 제어 신호는 거의 강하하지 않는다(320). 또한 배터리 전압(308)의 순간적인 강하(316) 동안에, 전류(306)도 거의 강하하지 않고, 컬렉터 전압(304)은 통상적인 동작 파라미터 내에 머문다.
도 4는 본 개시내용의 몇몇 예시적인 실시예에 따른 동작의 플로우차트이다. 동작(410)에서, 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터는, 제2 트랜지스터가 전도하지 않는 동안 제1 트랜지스터가 전도하고 제1 트랜지스터가 전도하지 않는 동안에는 제2 트랜지스터가 전도하도록, 인에이블 신호에 기초하여 제어된다. 동작(420)에서, 파워 서플라이는 파워 서플라이에서의 요동(fluctuation)을 검출하기 위해 모니터링된다. 동작(430)에서, 이러한 모니터링이 파워 서플라이에서의 요동을 검출하는 경우 게이트 구동기 단자는 파워 서플라이로부터 격리된다.
도 5는 본 개시내용의 몇몇 예시적인 실시예에 따른 게이트 구동기 단자를 격리하기 위한 동작의 플로우차트이다. 동작(510)에서, 제3 트랜지스터 및 제4 트랜지스터는 파워 서플라이의 모니터링에 기초하여, 이러한 모니터링이 파워 서플라이에서의 요동을 검출하지 못하면 제3 트랜지스터 및 제4 트랜지스터가 전도하도록, 그리고 이러한 모니터링이 파워 서플라이에서의 요동을 검출하면 제3 트랜지스터 및 제4 트랜지스터가 전도하지 않도록 제어된다. 동작(520)에서, 게이트 구동기 단자의 전압은 제3 트랜지스터의 벌크 영역을 통해 파워 서플라이로 방전되지 않도록 방지된다.
본 명세서의 임의의 예시적인 실시예에서 사용될 때 "회로"라는 용어는, 예를 들어 하드와이어 회로, 프로그램가능 회로, 상태 기계 회로, 및/또는 보다 대형의 시스템에서 이용가능한 회로, 예컨대 집적 회로의 일부로 포함될 수 있는 이산적인 구성요소를, 개별적으로 또는 임의로 조합하여 포함할 수 있다. 부가적으로, 본원에서 기술된 임의의 스위치 디바이스는 예를 들어 MOS 트랜지스터, BJT, SiC 트랜지스터, IGBT 등과 같은 공지되거나 이후 개발된 스위치 회로의 임의의 타입을 포함할 수 있다.
본원에서 채용된 용어 및 표현은 설명을 위해 사용된 것이고 제한을 위한 것이 아니며, 이러한 용어 및 표현을 사용할 때는, 도시되거나 기술된 특징(또는 그 중 일부)의 어떠한 균등물도 배제하려는 의도가 아니고, 청구 범위 내에서 다양한 수정이 가능하다는 점을 인식하여야 한다. 따라서, 청구범위는 모든 이러한 균등물까지 포괄하는 것으로 의도된다. 본원에서는 다양한 특징, 양상, 및 여러 예시적인 실시예가 기술되었다. 이러한 특징, 양상, 및 예시적인 실시예는, 통상의 기술자가 이해하는 바와 같이, 서로 조합될 수 있을 뿐만 아니라, 변형과 수정이 가능하다. 그러므로, 본 개시내용은 이러한 조합, 변형, 및 수정을 포괄하는 것으로 여겨져야 한다.

Claims (20)

  1. 파워 서플라이에서의 요동(fluctuation)과 무관하게 게이트 구동기 단자 상에 안정된 출력을 유지하기 위한 보호 디바이스로서,
    상기 파워 서플라이를 모니터링하고 상기 파워 서플라이에서의 요동을 검출하도록 구성되는 저전압 검출 회로; 및
    상기 저전압 검출 회로가 상기 파워 서플라이에서의 요동을 검출하는 경우 상기 파워 서플라이로부터 상기 게이트 구동기 단자를 격리시키도록 구성되는 게이트 격리 회로
    를 포함하고,
    상기 게이트 구동기 단자의 전압은 게이트가 격리될 때 미리선택된 범위 내에서 유지되는, 게이트 구동기 단자 상에 안정된 출력을 유지하기 위한 보호 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    하이사이드(highside) 구동기 회로;
    로우사이드(lowside) 구동기 회로; 및
    상기 하이사이드 구동기 회로와 상기 로우사이드 구동기 회로를 제어하도록 구성되고 상기 게이트 격리 회로를 포함하는 3상 제어기 회로
    를 더 포함하는, 게이트 구동기 단자 상에 안정된 출력을 유지하기 위한 보호 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하이사이드 구동기 회로는:
    상기 파워 서플라이에 커플링된 제1 트랜지스터;
    상기 제1 트랜지스터에 커플링된 제2 트랜지스터; 및
    상기 제2 트랜지스터와 상기 게이트 구동기 단자 사이에 커플링된 저항기
    를 포함하는, 게이트 구동기 단자 상에 안정된 출력을 유지하기 위한 보호 디바이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보호 디바이스는, 상기 제1 트랜지스터의 게이트와 상기 게이트 구동기 단자 사이에 커플링된 제3 트랜지스터를 더 포함하고, 상기 제3 트랜지스터의 게이트는 상기 저전압 검출 회로에 커플링되며,
    상기 저전압 검출 회로는, 상기 저전압 검출 회로가 상기 파워 서플라이에서의 요동을 검출하는 경우 상기 제3 트랜지스터가 전도(conduct)하게 제어하도록 구성되고,
    상기 게이트 구동기 단자의 전압은 상기 제1 트랜지스터를 스위치 오프하여, 상기 파워 서플라이로부터 상기 게이트 구동기 단자를 격리하게 되는, 게이트 구동기 단자 상에 안정된 출력을 유지하기 위한 보호 디바이스.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 하이사이드 구동기 회로는:
    상기 게이트 구동기 단자에 커플링된 양극, 및 상기 제1 트랜지스터의 벌크 영역과 상기 제2 트랜지스터의 벌크 영역에 커플링된 음극을 갖는 제1 다이오드; 및
    상기 파워 서플라이에 커플링된 양극, 및 상기 제1 트랜지스터의 벌크 영역과 상기 제2 트랜지스터의 벌크 영역에 커플링된 음극을 갖는 제2 다이오드
    를 더 포함하는, 게이트 구동기 단자 상에 안정된 출력을 유지하기 위한 보호 디바이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 파워 서플라이가 요동하는 경우, 상기 제2 다이오드는 상기 게이트 구동기 단자의 전압이 상기 파워 서플라이로 방전되는 것을 방지하도록 구성되는, 게이트 구동기 단자 상에 안정된 출력을 유지하기 위한 보호 디바이스.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 로우사이드 구동기 회로는:
    기준 저전위(low potential)에 커플링된 제4 트랜지스터; 및
    상기 제4 트랜지스터와 상기 게이트 구동기 단자 사이에 커플링된 제5 트랜지스터
    를 포함하고, 상기 제4 트랜지스터의 게이트는 상기 저전압 검출 회로에 커플링되는, 게이트 구동기 단자 상에 안정된 출력을 유지하기 위한 보호 디바이스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 트랜지스터 및 상기 제5 트랜지스터를 제어하도록 구성되는 아날로그 및 디지털 회로를 더 포함하는, 게이트 구동기 단자 상에 안정된 출력을 유지하기 위한 보호 디바이스.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 저전압 검출 회로는, 상기 저전압 검출 회로가 상기 파워 서플라이에서의 요동을 검출하는 경우 상기 제1 트랜지스터와 상기 제4 트랜지스터가 전도하지 않게 제어하도록 구성되는, 게이트 구동기 단자 상에 안정된 출력을 유지하기 위한 보호 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 게이트 구동기 단자에 커플링된 외부 스위치에서의 전류를 제어하도록 구성되는 전류 제한 제어 회로
    를 더 포함하는, 게이트 구동기 단자 상에 안정된 출력을 유지하기 위한 보호 디바이스.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전류 제한 제어 회로는:
    상기 외부 스위치에서의 전류에 비례하는 감지 전압에 대하여 필요한 전압을 비교하도록 구성되는 증폭기; 및
    상기 증폭기와 상기 게이트 구동기 단자 사이에 커플링된 스위치
    를 포함하는, 게이트 구동기 단자 상에 안정된 출력을 유지하기 위한 보호 디바이스.
  12. 시스템으로서,
    인덕터 코일;
    외부 스위치; 및
    보호 디바이스
    를 포함하고, 상기 보호 디바이스는:
    파워 서플라이를 모니터링하고 상기 파워 서플라이에서의 요동을 검출하도록 구성되는 저전압 검출 회로; 및
    상기 저전압 검출 회로가 상기 파워 서플라이에서의 요동을 검출하는 경우 상기 파워 서플라이로부터 게이트 구동기 단자를 격리시키도록 구성되는 게이트 격리 회로
    를 포함하고,
    상기 게이트 구동기 단자는 상기 외부 스위치의 게이트에 커플링되며, 상기 게이트 구동기 단자의 전압은 게이트가 격리될 때 미리선택된 범위 내에서 유지되는, 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 보호 디바이스는:
    상기 파워 서플라이에 커플링된 제1 트랜지스터;
    상기 제1 트랜지스터에 커플링된 제2 트랜지스터;
    상기 제2 트랜지스터와 상기 게이트 구동기 단자 사이에 커플링된 저항기;
    기준 저전위에 커플링된 제3 트랜지스터; 및
    상기 제3 트랜지스터와 상기 게이트 구동기 단자 사이에 커플링된 제4 트랜지스터
    를 더 포함하고, 상기 저전압 검출 회로는, 상기 저전압 검출 회로가 상기 파워 서플라이에서의 요동을 검출하는 경우 상기 제1 트랜지스터와 상기 제3 트랜지스터가 전도하지 않게 제어하도록 구성되는, 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 보호 디바이스는, 상기 외부 스위치에서의 전류를 제어하도록 구성되는 전류 제한 제어 회로를 더 포함하고, 상기 전류 제한 제어 회로는:
    상기 외부 스위치에서의 전류에 비례하는 감지 전압에 대하여 필요한 전압을 비교하도록 구성되는 증폭기; 및
    상기 증폭기와 상기 게이트 구동기 단자 사이에 커플링된 스위치
    를 포함하는, 시스템.
  15. 파워 서플라이에서의 요동과 무관하게 게이트 구동기 단자 상에 안정된 출력을 유지하기 위한 방법으로서,
    상기 파워 서플라이에서의 요동을 검출하기 위해 상기 파워 서플라이를 모니터링하는 단계; 및
    상기 모니터링하는 단계에 의해 상기 파워 서플라이에서의 요동이 검출되는 경우 상기 파워 서플라이로부터 상기 게이트 구동기 단자를 격리시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 게이트 구동기 단자의 전압은 상기 격리시키는 단계 동안 미리선택된 범위 내에서 유지되는, 게이트 구동기 단자 상에 안정된 출력을 유지하기 위한 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 게이트 구동기 단자는 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터를 통해 상기 파워 서플라이에 커플링되고, 상기 격리시키는 단계는:
    상기 모니터링하는 단계에 의해 상기 파워 서플라이에서의 요동이 검출되는 경우 상기 제1 트랜지스터를 스위치 오프하는 단계
    를 더 포함하는, 게이트 구동기 단자 상에 안정된 출력을 유지하기 위한 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터의 벌크 영역은 상기 파워 서플라이, 상기 제2 트랜지스터의 벌크 영역 및 상기 게이트 구동기 단자에 커플링되며, 상기 방법은:
    상기 게이트 구동기 단자의 전압이 상기 파워 서플라이로 방전되는 것을 방지하는 단계
    를 더 포함하는, 게이트 구동기 단자 상에 안정된 출력을 유지하기 위한 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 게이트 구동기 단자의 전압이 상기 파워 서플라이로 방전되는 것을 방지하는 단계
    를 더 포함하는, 게이트 구동기 단자 상에 안정된 출력을 유지하기 위한 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 게이트 구동기 단자에 커플링된 외부 스위치에서의 전류를 제어하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제어하는 단계는, 상기 외부 스위치에서의 전류에 비례하는 감지 전압에 대하여 필요한 전압을 비교하는 단계, 및 상기 모니터링하는 단계에 의해 상기 파워 서플라이에서의 요동이 검출되는 경우 상기 스위치가 전도하지 않도록, 상기 파워 서플라이의 모니터링에 기초하여 스위치를 제어하는 단계를 포함하는, 게이트 구동기 단자 상에 안정된 출력을 유지하기 위한 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 방법은, 제2 트랜지스터가 전도하지 않는 동안에는 제1 트랜지스터가 전도하고 상기 제1 트랜지스터가 전도하지 않는 때에는 상기 제2 트랜지스터가 전도하도록, 인에이블 신호에 기초하여 상기 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 격리시키는 단계는, 상기 모니터링하는 단계에 의해 상기 파워 서플라이에서의 요동이 검출되지 않는 경우 제3 트랜지스터 및 제4 트랜지스터가 전도하고, 상기 모니터링하는 단계에 의해 상기 파워 서플라이에서의 요동이 검출되는 경우에는 상기 제3 트랜지스터 및 상기 제4 트랜지스터가 전도하지 않도록, 상기 파워 서플라이의 모니터링에 기초하여 상기 제3 트랜지스터 및 제4 트랜지스터를 제어하는 단계를 포함하는, 게이트 구동기 단자 상에 안정된 출력을 유지하기 위한 방법.
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