KR20140115205A - 게이트 구동 장치 및 이를 갖는 인버터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이 사이드(high side) 스위치 및 로우 사이드(low side) 스위치를 구비한 인버터 암(arm), 상기 인버터 암(arm)의 스위칭 제어를 지시하는 지시 신호를 획득하고 상기 인버터 암(arm)의 스위칭을 제어하는 제어 신호를 출력하며, 복수의 게이트 구동기를 구비하는 게이트 구동부, 상기 제어 신호에 기초한 상기 인버터 암(arm)의 스위칭에 따라 상기 복수의 게이트 구동기에 분배되는 전압을 상기 복수의 게이트 구동기 각각에 분배하는 밸런싱부를 포함하는 게이트 구동 장치에 관한 것이다.

Description

게이트 구동 장치 및 이를 갖는 인버터{GATE DRIVING DEVICE AND INVERTER HAVING THE SAME}
본 발명은 고전압에서 구동되는 게이트 구동 장치 및 이를 갖는 인버터에 관한 것이다.
일반적으로, 인버터는 직류 전원을 입력받아 교류 전원을 출력하는 회로로서, 출력하는 교류 전원의 전압 크기, 주파수 등을 제어하여 교류 전원을 출력하거나 모터 등을 구동할 수 있다.
이러한 인버터는 가정용 또는 산업 분야 등에 폭넓게 사용될 수 있다.
이러한 인버터를 구동시키기 위해서는 구동 장치가 채용될 수 있는데, 구동 장치는 인버터에서 교류 전원을 제공하기 위한 암(arm)의 스위치를 온/오프시켜 교류 전원이 제공되도록 구동시킬 수 있다.
한편, 인버터는 가정용 뿐만 아니라 산업용으로도 널리 사용될 수 있는데, 산업용의 특성상 고전압의 교류 전원이 필요할 수 있다.
일반적인 인버터는, 인버터 암(arm)의 하이 사이드 스위치 및 로우 사이드 스위치를 각각 턴 온/턴 오프 제어하는 게이트 구동 집적 회로를 각각 채용할 수 있다. 이 때, 하이 사이드 스위치를 턴 온/턴 오프 제어하는 게이트 구동 집적 회로는 고전압이 하이 사이드 스위치에 인가되기 때문에 하이 사이드 스위치에 인가되는 고전압의 전압 레벨을 견딜 수 있을 정도의 내압 특성을 가져야 한다.
그러나, 산업용 인버터의 경우 대략 1200V 이상의 고전압이 하이 사이드 스위치에 인가될 수 있으며, 하이 사이드 스위치의 구동을 제어하는 고전압 게이트 구동 집적 회로는 1200V 이상의 전압 레벨을 견딜 수 있는 내압 특성이 있어야 한다. 그러나 이러한 내압 특성을 갖는 고전압 게이트 구동 집적 회로는 제조 비용이 고가인 문제점이 있다.
하기 선행기술문헌 1에 기재된 특허문헌 1은, 고압측 구동 회로를 포함하는 인버터 회로에 관한 것으로, 구동 장치의 내압을 분배하기 위한 사항을 개시하고 있지 않다.
1. 한국공개특허 제2005-0052339호
본 발명의 과제는 전술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 본 명세서는 고전압에서 안정적으로 동작할 수 있는 게이트 구동 장치 및 이를 갖는 인버터를 제공하고자 한다.
또, 본 명세서는 과도 상태에서 내압 이상의 전압이 인가되는 것을 방지할 수 있는 게이트 구동 장치 및 이를 갖는 인버터를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 양상에 따른 게이트 구동 장치는 하이 사이드(high side) 스위치 및 로우 사이드(low side) 스위치를 구비한 인버터 암(arm), 상기 인버터 암(arm)의 스위칭 제어를 지시하는 지시 신호를 획득하고 상기 인버터 암(arm)의 스위칭을 제어하는 제어 신호를 출력하며, 복수의 게이트 구동기를 구비하는 게이트 구동부, 상기 제어 신호에 기초한 상기 인버터 암(arm)의 스위칭에 따라 상기 복수의 게이트 구동기에 분배되는 전압을 상기 복수의 게이트 구동기 각각에 분배하는 밸런싱부를 포함할 수 있다.
상기 밸런싱부는, 상기 복수의 게이트 구동기에 각각 연결되어 상기 복수의 게이트 구동기에 각각 인가되는 전압을 균등하게 분압하는 복수의 밸런서를 포함할 수 있다.
상기 복수의 밸런서는, 상기 복수의 게이트 구동기에 각각 병렬 연결되는 복수의 저항을 포함할 수 있다.
상기 복수의 밸런서는, 상기 복수의 저항에 각각 병렬 연결되는 복수의 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 밸런싱부는, 상기 복수의 게이트 중 어느 하나가 출력하는 신호가 하이 레벨에서 로우 레벨로 변화하는 경우, 상기 복수의 게이트 구동기에 분배된 전압 상태를 유지시킬 수 있다.
상기 게이트 구동 장치는, 상기 게이트 구동부에 구동 전원을 공급하는 단일 구동 전원부를 포함할 수 있다.
상기 게이트 구동 장치는, 상기 구동 전원을 상기 게이트 구동기에 전달하는 전원 공급부를 포함할 수 있다.
상기 전원 공급부는, 서로 직렬 연결되는 복수의 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 전원 공급부는, 서로 병렬 연결되는 복수의 다이오드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 인버터는, 기설정된 전압 레벨을 갖는 입력 전원을 제공하는 입력 전원단과 접지 사이에 서로 직렬 연결된 하이 사이드(high side) 스위치 및 로우 사이드(low side) 스위치를 포함하는 인버터 암을 구비하고, 상기 입력 전원을 스위칭하여 교류 전원을 출력하는 인버터부, 상기 인버터부의 스위칭 제어를 지시하는 지시 신호를 획득하는 입력단과 상기 인버터부의 스위칭을 제어하는 제어 신호를 출력하는 출력단 사이에 연결된 복수의 게이트 구동기를 구비하여 상기 하이 사이드 스위치의 스위칭 구동을 제어하는 게이트 구동부, 상기 하이 사이드 스위치의 스위칭에 따라 상기 복수의 게이트 구동기에 분배되는 전압을 상기 복수의 게이트 구동기 각각에 분배하고, 상기 복수의 게이트 구동기에 분배된 전압 상태를 유지시키는 밸런싱부를 포함할 수 있다.
상기 밸런싱부는, 상기 복수의 게이트 구동기에 각각 연결되어 상기 복수의 게이트 구동기에 각각 인가되는 전압을 균등하게 분압하는 복수의 밸런서를 포함할 수 있다.
상기 복수의 밸런서는, 상기 복수의 게이트 구동기에 각각 병렬 연결되는 복수의 저항을 포함할 수 있다.
상기 복수의 밸런서는, 상기 복수의 저항에 각각 병렬 연결되는 복수의 커패시터를 포함할 수 있다.
본 명세서의 개시에 의해, 고전압에서 안정적으로 동작할 수 있는 게이트 구동 장치 및 이를 갖는 인버터를 제공할 수 있다.
또, 본 명세서의 개시에 의해, 과도 상태에서 내압 이상의 전압이 인가되는 것을 방지할 수 있는 게이트 구동 장치 및 이를 갖는 인버터를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 구동 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 구동 장치에 있어서, 밸런싱부의 일 실시예에 대한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 구동 장치에 있어서, 과도 상태에서 고전압 게이트 구동 유닛에 발생하는 과도 전류를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 구동 장치에 있어서, 밸런싱부의 다른 실시예에 대한 도면이다.
도 5(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 구동 장치에 있어서, 전원 공급부의 일 실시예에 대한 도면이고, 도 5(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 구동 장치에 있어서, 전원 공급부의 다른 실시예에 대한 도면이다.
도 6(a)는 게이트 구동 장치의 회로도이고, 도 6(b), (c)는 도 6(a)에 도시된 게이트 구동 장치의 전기적 특성을 나타내는 전기적 파형이다.
도 7(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 구동 장치의 회로도이고, 도 7(b), (c)는 도 7(a)에 도시된 게이트 구동 장치의 전기적 특성을 나타내는 전기적 파형이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 대한 인버터에 대한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다.
또한, 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 구동 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 게이트 구동 장치는 고전압 게이트 구동 유닛(100), 저전압 게이트 구동 유닛(200), 인버터부(300)를 포함할 수 있다.
상기 고전압 게이트 구동 유닛(100)은 상기 인버터부(300)에 대한 스위칭 제어를 지시하는 지시 신호(s1)를 획득하고, 상기 인버터부(300)에 대한 스위칭을 제어하는 제어 신호(s3)를 출력할 수 있다.
상기 고전압 게이트 구동 유닛(100)은 게이트 구동부(110), 전원 공급부(120), 밸런싱부(130)를 포함할 수 있다.
상기 게이트 구동부(110)는 인버터부(300)에 대한 스위칭 제어를 지시하는 지시 신호(s1)가 입력되는 지시 신호 입력단과 인버터부(300)에 대한 스위칭을 제어하는 제어 신호(s3)가 출력되는 제어 신호 출력단 사이에 배치될 수 있다.
한편, 상기 게이트 구동부(110)는 복수의 게이트 구동기를 포함할 수 있다. 예컨대, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 게이트 구동부(110)는 제1 게이트 구동기(112), 제2 게이트 구동기(114)를 포함할 수 있다.
상기 게이트 구동부(110)는 인버터부(300)의 스위칭을 제어할 수 있다.
상기 제1 게이트 구동기(112)에 지시 신호(S1)가 입력되면, 상기 제1 게이트 구동기(112)는 상기 지시 신호(S1)에 포함된 스위칭 제어에 관한 정보를 그대로 상기 제2 게이트 구동기(114)에 전달(S2)할 수 있다.
상기 제2 게이트 구동기(114)는 상기 제1 게이트 구동기(112)에 입력된 지시 신호(S1)가 제어하고자 하는 스위칭 제어 의도에 부합하는 제어 신호(S3)를 인버터부(300)에 전달하여 인버터부(300)의 스위칭을 제어할 수 있다.
상기 인버터부(300)는 입력 전원(VH)을 스위칭하여 교류 전원을 출력할 수 있다. 또, 상기 인버터부(300)는 입력 전원(VH)이 입력되는 입력 전원단과 접지 사이에 서로 직렬 연결된 하이 사이드 스위치(HM)와 로우 사이드 스위치(LM)를 구비한 인버터 암(arm)을 포함할 수 있다.
도시되지는 않았지만, 인가되는 전압을 분담하기 위하여 복수의 하이 사이드 스위치(HM)가 직렬 연결될 수 있다. 또, 마찬가지로, 복수의 로우 사이드 스위치(LM)가 직렬 연결될 수 있다.
상기 하이 사이드 스위치(HM)의 게이트에는 고전압 게이트 구동 유닛(100)으로부터의 제어 신호(S3)가 입력되어 스위칭 온/오프가 제어될 수 있다. 또, 상기 로우 사이드 스위치(LM)의 게이트에는 저전압 게이트 구동 유닛(200)으로부터의 제어 신호(SL)가 입력되어 스위칭 온/오프가 제어될 수 있다.
한편, 상기 하이 사이드 스위치(HM)의 스위칭 온/오프에 따라 고전압 게이트 구동 유닛(100)에 입력 전원(VH)에 해당하는 전압 레벨을 갖는 입력 전원이 인가될 수 있다.
상기 인가된 전원의 전압 레벨이 상기 제1 게이트 구동기(112) 및 상기 제2 게이트 구동기(114)에 분압되어 인가될 수 있도록, 상기 고전압 게이트 구동 유닛(100)은 밸런싱부(130)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 밸런싱부(130)는 상기 인버터 암(arm)의 스위칭에 따라 상기 게이트 구동부에 분배되는 전압을 상기 제1 게이트 구동기(112) 및 상기 제2 게이트 구동기(114) 각각에 분배할 수 있다.
상기 밸런싱부(130)는 복수의 밸런서를 포함할 수 있다. 상기 복수의 밸런서는 복수의 게이트 구동기에 각각 연결되어 상기 복수의 게이트 구동기에 각각 인가되는 전압을 균등하게 분압할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 밸런싱부(130)는 제1 밸런서(140), 제2 밸런서(150)를 포함할 수 있다. 상기 제1 밸런서(140)는 상기 제1 게이트 구동기(112)에 병렬 연결될 수 있다. 또, 상기 제2 밸런서(150)는 상기 제2 게이트 구동기(114)에 병렬 연결될 수 있다.
이에 따라, 제1 밸런서(132) 및 제2 밸런서(136)는 하이 사이드 스위치(HM)의 스위칭 온/오프에 따라 상기 제1 게이트 구동기(112) 및 상기 제2 게이트 구동기(114)에 인가될 수 있는 전원의 전압 레벨을 균등하게 분압할 수 있다.
예컨대, 1200V 이상의 전압 레벨을 갖는 입력 전원(VH)이 입력되고 하이 사이드 스위치(HM)의 스위칭 온/오프에 따라 상기 고전압 게이트 구동 유닛(100)에 인가되는 전압 레벨이 상기 제1 게이트 구동기(112) 및 상기 제2 게이트 구동기(114)에 균등하게 분압될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 게이트 구동기(112), 상기 제2 게이트 구동기(114)로 내압이 600V인 게이트 구동기가 사용될 수 있다.
한편, 상기 게이트 구동 장치는 상기 게이트 구동부(110)에 구동 전원을 공급하는 단일 구동 전원부(400)를 포함할 수 있다.
단일 전원(VCC)을 상기 복수의 게이트 구동기(112, 114)에 인가하기 위해, 고전압 게이트 구동 유닛(100)은 전원 공급부(120)를 더 포함할 수 있다.
상기 전원 공급부(120)는 복수의 전원 공급기(122, 124)를 포함할 수 있으며, 상기 전원 공급기(122, 124)는 상기 게이트 구동기(112, 114) 소정의 단자에 단일 전원(VCC)을 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 로우 사이드 스위치(LM)에 온 신호가 인가되고 하이 사이드 스위치(HM)에 오프 신호가 인가된 경우, 상기 단일 구동 전원부(400)와 상기 전원 공급부(120)에 의하여 제1 캐패시터(C1), 제2 캐패시터(C2)는 VCC로 충전된다.
이후, 로우 사이드 스위치(LM)에 오프 신호가 인가되고 하이 사이드 스위치(HM)에 온 신호가 인가된 경우, 상기 고전압 게이트 구동 유닛(100)에 입력 전원(VH)에 해당하는 전압 레벨을 갖는 입력 전원이 인가될 수 있다.
상기 인가 전압은 제2 게이트 구동기(114)의 VS 단자에 인가될 수 있다. 또, VS 단자에 인가되는 전압과 제2 캐패시터(C2)에 의하여 제2 게이트 구동기의 VB 단자의 전압이 결정될 수 있다. 예컨대, 상기 제2 게이트 구동기의 VB 단자의 전압은 제2 게이트 구동기의 VS 단자에 인가되는 전압과 상기 제2 캐패시터(C2)에 충전된 전압의 합일 수 있다.
상기 제1 밸런서(140), 상기 제2 밸런서(150)에 의하여 인가 전압이 균등하게 분배되는 경우, 분배된 전압이 제1 게이트 구동기(112)의 VS 단자에 인가될 수 있다. 또, 제1 게이트 구동기의 VS 단자에 인가되는 전압과 제1 캐패시터(C1)에 의하여 제1 게이트 구동기의 VB 단자의 전압이 결정될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 게이트 구동기의 VB 단자의 전압은 상기 제1 게이트 구동기의 VS 단자에 인가되는 전압과 상기 제1 캐패시터(C1)에 충전된 전압의 합일 수 있다.
따라서 상기 하이 사이드 스위치(HM)을 구동하기 위한 제어 신호(S3)의 출력 단자(HO)의 전압 범위는 상기 제2 게이트 구동기의 VS 단자에 인가되는 전압값, 상기 제2 게이트 구동기의 VCC 단자에 인가되는 전압값에 의하여 결정될 수 있다.
또, 상기 제1 게이트 구동기(112)에서의 출력 단자(HO)의 전압 범위는 상기 제1 게이트 구동기의 VS 단자에 인가되는 전압값, 상기 제1 게이트 구동기의 VCC 단자에 인가되는 전압값에 의하여 결정될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제2 게이트 구동기의 신호 출력 단자(HO)의 전압 범위는 제2 게이트 구동기의 VS 단자에 인가되는 전압 레벨(예컨대, VH) 내지 제2 게이트 구동기의 VB 단자에 인가되는 전압 레벨(예컨대, VH+VCC)일 수 있다.
또, 상기 제1 게이트 구동기의 출력 단자(HO)에 인가되는 전압 범위는 제1 게이트 구동기의 VS 단자에 인가되는 전압 레벨(예컨대, 0.5×VH) 내지 제2 게이트 구동기의 VB 단자에 인가되는 전압 레벨(예컨대, 0.5×VH+VCC)일 수 있다.
또, 상기 제1 게이트 구동기의 입력 단자(IN)에 인가되는 전압 범위는 제1 게이트 구동기의 COM 단자에 인가되는 전압 레벨(예컨대, 0V) 내지 제1 게이트 구동기의 VCC 단자에 인가되는 전압 레벨(예컨대, VCC)일 수 있다.
한편, 상기 저전압 게이트 구동 유닛(200)은 상기 로우 사이드 스위치(LM)의 스위칭 구동을 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 구동 장치에 있어서, 밸런싱부의 일 실시예에 대한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 밸런싱부는 상기 제1 게이트 구동기(112)에 대한 제1 밸런서(140), 상기 제2 게이트 구동기(114)에 대한 제2 밸런서(150)를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 게이트 구동 장치에서 밸런싱부 이외의 구성에 대해서는 전술한 바와 동일하므로, 여기서는 밸런싱부 이외의 구성에 대해서 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
상기 제1 밸런서(140)는 제1 저항(142), 제1 커패시터(144)를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제1 저항(142)은 상기 제1 게이트 구동기(112)와 병렬로 연결될 수 있다. 또, 상기 제1 커패시터(144)는 상기 제1 저항(142)과 병렬로 연결될 수 있다.
상기 제2 밸런서(150)는 제2 저항(152), 제2 커패시터(154)를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제2 저항(152)은 상기 제2 게이트 구동기(114)와 병렬로 연결될 수 있다. 또, 상기 제2 커패시터(154)는 상기 제2 저항(152)과 병렬로 연결될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 제1 저항(152)의 저항값과 상기 제2 저항(152)의 저항값이 동일한 경우, 상기 제1 게이트 구동기(112)와 상기 제2 게이트 구동기(114)에 동일한 전압이 분배될 수 있다.
상기 제1 커패시터(144), 상기 제2 커패시터(154)는 과도 상태에서의 제1 게이트 구동기(112), 제2 게이트 구동기(114) 간의 전압 분배 불균형 발생 현상을 방지할 수 있다. 여기서, 상기 과도 상태는 제1 게이트 구동기(112) 또는 제2 게이트 구동기(114)의 출력 신호(S2, S3)가 하이(high) 레벨에서 로우(low) 레벨로 변화하는 상태를 의미할 수 있다.
즉, 상기 밸런싱부(130)는, 상기 복수의 게이트 구동기(112, 114) 중 적어도 하나가 출력하는 신호가 하이 레벨에서 로우 레벨로 변화하는 경우, 상기 복수의 게이트 구동기에 분배된 전압 상태를 유지시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 구동 장치에 있어서, 과도 상태에서 고전압 게이트 구동 유닛에 발생하는 과도 전류를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 제어 신호(S3)가 하이(high) 레벨에서 로우(low) 레벨로 변화하는 경우, 제1 게이트 구동기의 VS 단자와 제1 게이트 구동기의 COM 단자 사이에 일시적인 전류 패스(It)가 형성될 수 있다.
상기 제1 커패시터(144), 상기 제2 커패시터(154)를 사용하지 않고 제1 저항(142), 제2 저항(152) 만으로 밸런싱부를 구성하는 경우, 도 3에 도시된 전류 패스(It)가 형성이 되면, 상기 제1 게이트 구동기와 상기 제2 게이트 구동기 간에는 전압 분배의 불균형이 발생할 수 있다. 상기 전압 분배 불균형은 게이트 구동기에 내압 이상의 전압 인가를 유발할 수 있다. 이 경우, 게이트 구동기는 내압 이상의 전압으로 인하여 파손될 우려가 있다.
상기 제1 커패시터(144), 상기 제2 커패시터(154)는 과도 상태가 발생하는 경우라고 하더라도 상기 제1 게이트 구동기 및 상기 제2 게이트 구동기 간의 전압 분배 균형을 유지시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 대략 1200V의 입력 전원을 스위칭하는 경우, 상기 제1 게이트 구동기 및 상기 제2 게이트 구동기에 의하여 이보다 낮은 내압 특성을 갖는 게이트 구동 회로가 사용될 수 있다.
예컨대, 스위칭시에 고전압 게이트 구동 유닛에 인가되는 전압을 상기 복수의 게이트 구동기에 분압하여 구동 회로가 안정적으로 동작되게 함으로써 1200V 내압을 갖는 고가의 게이트 구동 회로를 대체하여 제조 비용이 저감될 수 있다.
또, 본 발명에 따르면, 상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터에 의하여 과도 상태에서 제1 게이트 구동기 또는 제2 게이트 구동기에 내압 이상의 전압이 인가되는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 구동 장치에 있어서, 밸런싱부의 다른 실시예에 대한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 제1 밸런서(140)는 저항(142), 커패시터(144)에 의하여 형성될 수 있다. 또, 상기 제2 밸런서(150)는 저항(152), 커패시터(154) 및 다이오드(156)에 의하여 형성될 수 있다.
도 5(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 구동 장치에 있어서, 전원 공급부의 일 실시예에 대한 도면이고, 도 5(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 구동 장치에 있어서, 전원 공급부의 다른 실시예에 대한 도면이다.
도 5(a), (b)를 참조하면, 전원 공급부(120)는 복수의 다이오드를 포함할 수 있다.
도 5(a)를 참조하면, 상기 전원 공급부(120)는 서로 직렬로 연결된 복수의 다이오드(123, 127)를 포함할 수 있다.
또, 도 5(b)를 참조하면, 상기 전원 공급부(120)는 서로 병렬로 연결된 복수의 다이오드(124, 128)를 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 게이트 구동 장치에서 전원 공급부(120) 이외의 구성에 대해서는 전술한 바와 동일하므로, 여기서는 전원 공급부 이외의 구성에 대해서 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
상기 전원 공급부(120)는 단일 구동 전원(VCC)을 게이트 구동기에 전달할 수 있다.
또, 상기 전원 공급부(120)는 상기 각각의 캐패시터(C1, C2)에 단일 구동 전원(VCC)을 충전하기 위한 패스를 형성할 수 있다.
도 6(a)는 게이트 구동 장치의 회로도이고, 도 6(b), (c)는 도 6(a)에 도시된 게이트 구동 장치의 전기적 특성을 나타내는 전기적 파형이다.
도 6(a)는 게이트 구동 장치를 도시하고 있으며, 도 6(a)에 도시된 게이트 구동 장치는 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 게이트 구동 장치에서 커패시터(144, 154)가 생략되어 있다.
도 6(b)는 제1 게이트 구동기의 출력 신호(S20), 제2 게이트 구동기의 출력 신호(S30), 제1 게이트 구동기에 분배되는 전압(V10), 제2 게이트 구동기에 분배되는 전압(V20)을 나타낸 도면이다.
도 6(c)는 도 6(b)의 A영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
상기 A영역은 상기 제1 게이트 구동기의 출력 신호(S20), 상기 제2 게이트 구동기의 출력 신호(S30)가 하이(high) 레벨에서 로우(low) 레벨로 변화하는 과도 상태를 나타낸 부분이다.
도 6(b), (c)를 참조하면, 제1 게이트 구동기의 출력 신호(S20), 제2 게이트 구동기의 출력 신호(S30)가 하이(high) 레벨에서 로우(low)레벨로 변화할 때, 제1 게이트 구동기에 분배되는 전압(V10)과 제2 게이트 구동기에 분배되는 전압(V20) 간에 불균형이 발생한다.
제1 게이트 구동기에 분배되는 전압(V10)과 제2 게이트 구동기에 분배되는 전압(V20)이 각각 0.5×VH 값을 가질 때에는 제1 게이트 구동기와 제2 게이트 구동기가 허용 범위 내의 내압을 가질 수 있다.
그러나 상기 제1 게이트 구동기와 상기 제2 게이트 구동기에 분배되는 VH 전압이 불균일하게 분배되는 경우, 상기 제1 게이트 구동기 또는 상기 제2 게이트 구동기에 내압 이상의 전압이 인가되어 기기 파손 현상이 발생할 수 있다.
도 7(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 구동 장치의 회로도이고, 도 7(b), (c)는 도 7(a)에 도시된 게이트 구동 장치의 전기적 특성을 나타내는 전기적 파형이다.
도 7(a)는 본 발명의 일 실시예에 의한 게이트 구동 장치를 나타낸 도면이다.
도 7(b)는 제1 게이트 구동기의 출력 신호(S2), 제2 게이트 구동기의 출력 신호(S3), 제1 게이트 구동기에 분배되는 전압(V1), 제2 게이트 구동기에 분배되는 전압(V2)을 나타낸 도면이다.
도 7(c)는 도 7(b)의 B영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
상기 B영역은 상기 제1 게이트 구동기의 출력 신호(S2), 상기 제2 게이트 구동기의 출력 신호(S3)가 하이(high) 레벨에서 로우(low) 레벨로 변화하는 과도 상태를 나타낸 부분이다.
도 7(b), (c)와 도 6(b), (c)를 참조하면, 본 발명의 일 실시에에 의한 게이트 구동장치는 제1 게이트 구동기의 출력 신호(S2), 제2 게이트 구동기의 출력 신호(S3)가 하이(high) 레벨에서 로우(low)레벨로 변화할 때, 제1 게이트 구동기에 분배되는 전압(V1)과 제2 게이트 구동기에 분배되는 전압(V2) 간의 전압 분배 불균형 현상이 방지되는 것을 확인할 수 있다.
이 경우, 상기 제1 게이트 구동기 및 상기 제2 게이트 구동기에는 과도 상태에서도 정상 상태의 전압과 유사한 전압 레벨이 인가된다. 따라서 제1 게이트 구동기에 분배되는 전압(V1)과 제2 게이트 구동기에 분배되는 전압(V2)은 상기 제1 게이트 구동기 및 상기 제2 게이트 구동기의 허용 범위 이내의 값을 가질 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 대한 인버터에 대한 도면이다.
상술한 바와 같이 인버터부는 적어도 하나의 인버터 암(arm)을 포함할 수 있는데, 출력되는 교류 전원이 단상일 경우 하나의 인버터 암을 포함할 수 있고, 도 8에 도시된 바와 같이 출력되는 교류 전원이 3상일 경우 인버터부(650)는 세 개의 인버터 암(651, 652, 653)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 도 5에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 인버터는 세 개의 인버터 암(651, 652, 653)의 하이 사이드 스위치(HM1, HM2, HM3)의 스위칭 온/오프를 제어하는 제1, 제2 및 제3 고전압 게이트 구동 유닛(610, 620, 630)을 포함할 수 있다. 로우 사이드 스위치(LM1,LM2,LM3)의 스위칭 온/오프는 저전압 게이트 구동 유닛(620)에 의해 스위칭 온/오프 제어될 수 있으며, 제1, 제2 및 제3 고전압 게이트 구동 유닛(610, 620, 630)의 구성은 도 1에 도시된 고전압 게이트 구동 유닛(100)과 동일할 수 있으므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100 :고전압 게이트 구동 유닛
110 : 게이트 구동부
120 : 전원 공급부
130 : 밸런싱부
200 : 저전압 게이트 구동 유닛
300 : 인버터부

Claims (13)

  1. 하이 사이드(high side) 스위치 및 로우 사이드(low side) 스위치를 구비한 인버터 암(arm);
    상기 인버터 암(arm)의 스위칭 제어를 지시하는 지시 신호를 획득하고 상기 인버터 암(arm)의 스위칭을 제어하는 제어 신호를 출력하며, 복수의 게이트 구동기를 구비하는 게이트 구동부; 및
    상기 제어 신호에 기초한 상기 인버터 암(arm)의 스위칭에 따라 상기 복수의 게이트 구동기에 분배되는 전압을 상기 복수의 게이트 구동기 각각에 분배하는 밸런싱부;
    를 포함하는 게이트 구동 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 밸런싱부는,
    상기 복수의 게이트 구동기에 각각 연결되어 상기 복수의 게이트 구동기에 각각 인가되는 전압을 균등하게 분압하는 복수의 밸런서를 포함하는 게이트 구동 장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 복수의 밸런서는,
    상기 복수의 게이트 구동기에 각각 병렬 연결되는 복수의 저항을 포함하는 게이트 구동 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 복수의 밸런서는,
    상기 복수의 저항에 각각 병렬 연결되는 복수의 커패시터를 포함하는 게이트 구동 장치.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 밸런싱부는,
    상기 복수의 게이트 중 어느 하나가 출력하는 신호가 하이 레벨에서 로우 레벨로 변화하는 경우, 상기 복수의 게이트 구동기에 분배된 전압 상태를 유지시키는 게이트 구동 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 게이트 구동부에 구동 전원을 공급하는 단일 구동 전원부를 포함하는 게이트 구동 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 구동 전원을 상기 게이트 구동기에 전달하는 전원 공급부를 포함하는 게이트 구동 장치.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 전원 공급부는,
    서로 직렬 연결되는 복수의 다이오드를 포함하는 게이트 구동 장치.
  9. 제7 항에 있어서, 상기 전원 공급부는,
    서로 병렬 연결되는 복수의 다이오드를 포함하는 게이트 구동 장치.
  10. 기설정된 전압 레벨을 갖는 입력 전원을 제공하는 입력 전원단과 접지 사이에 서로 직렬 연결된 하이 사이드(high side) 스위치 및 로우 사이드(low side) 스위치를 포함하는 인버터 암을 구비하고, 상기 입력 전원을 스위칭하여 교류 전원을 출력하는 인버터부;
    상기 인버터부의 스위칭 제어를 지시하는 지시 신호를 획득하는 입력단과 상기 인버터부의 스위칭을 제어하는 제어 신호를 출력하는 출력단 사이에 연결된 복수의 게이트 구동기를 구비하여 상기 하이 사이드 스위치의 스위칭 구동을 제어하는 게이트 구동부; 및
    상기 하이 사이드 스위치의 스위칭에 따라 상기 복수의 게이트 구동기에 분배되는 전압을 상기 복수의 게이트 구동기 각각에 분배하고, 상기 복수의 게이트 구동기에 분배된 전압 상태를 유지시키는 밸런싱부;
    를 포함하는 인버터.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 밸런싱부는,
    상기 복수의 게이트 구동기에 각각 연결되어 상기 복수의 게이트 구동기에 각각 인가되는 전압을 균등하게 분압하는 복수의 밸런서를 포함하는 인버터.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 복수의 밸런서는,
    상기 복수의 게이트 구동기에 각각 병렬 연결되는 복수의 저항을 포함하는 인버터.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 복수의 밸런서는,
    상기 복수의 저항에 각각 병렬 연결되는 복수의 커패시터를 포함하는 인버터.


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