KR20150145001A - 게이트 구동 장치 및 이를 갖는 인버터 - Google Patents

게이트 구동 장치 및 이를 갖는 인버터 Download PDF

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KR20150145001A
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이준호
조원진
박민규
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삼성전기주식회사
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

본 발명은 게이트 구동 장치 및 이를 갖는 인버터에 관한 것으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 게이트 구동 장치는, 하이 사이드(High Side) 스위치 및 로우 사이드(Low Side) 스위치를 각각 구비하는 복수의 인버터 암(Arm), 상기 복수의 인버터 암(arm)의 스위칭 제어를 지시하는 지시 신호를 획득하여 하이 사이드 제어 신호 및 상기 로우 사이드 스위치를 제어하는 스위칭 신호를 출력하는 다채널 게이트 구동기 및 상기 하이 사이드 제어 신호에 응답하여 상기 하이 사이드 스위치를 제어하는 하이 사이드 스위칭 신호를 출력하는 복수의 게이트 구동기를 구비하는 게이트 구동부 및 상기 다채널 게이트 구동기 및 상기 복수의 게이트 구동기 사이의 전압 균형을 유지하는 밸런싱부를 포함한다.

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.
인버터는 직류 전원을 입력받아 교류 전원을 출력하는 회로로서, 출력하는 교류 전원의 전압 크기, 주파수 등을 조절할 수 있으며, 모터 등의 구동을 위해 사용될 수 있다.
인버터는 가정용뿐만 아니라 산업용으로도 널리 사용될 수 있는데, 산업용의 특성상 고전압의 교류 전원이 필요할 수 있다.
이러한 인버터를 구동시키기 위해서는 게이트 구동 장치가 채용될 수 있는데, 상기 게이트 구동 장치는 인버터에서 교류 전원을 제공하기 위한 복수개의 암(arm)들 각각의 하이 사이드 스위치 및 로우 사이드 스위치를 온/오프한다.
이때, 고전압이 하이 사이드 스위치에 인가되기 때문에 상기 게이트 구동 장치는 하이 사이드 스위치에 인가되는 고전압의 전압 레벨을 견딜 수 있을 정도의 내압 특성을 가져야 한다.
산업용 인버터의 경우 대략 1200V 이상의 고전압이 하이 사이드 스위치에 인가될 수 있으며, 하이 사이드 스위치의 구동을 제어하는 게이트 장치는 1200V 이상의 전압 레벨을 견딜 수 있는 내압 특성이 있어야 한다. 그러나 이러한 내압 특성을 갖는 게이트 구동 장치는 제조 비용이 고가인 문제점이 있다.
게이트 구동 장치를 포함하는 인버터 회로에 관련된 종래 기술로는 하기의 특허문헌을 참조하여 이해할 수 있다.
한국 공개특허공보 제10-2005-0052339호
본 발명의 실시 예에 따르면, 고전압에서 동작이 안정적이면서 제조 비용이 저렴한 게이트 구동 장치 및 이를 갖는 인버터가 제공된다. 또한, 과도 상태에서 내압 이상의 전압이 인가되는 것을 방지할 수 있는 게이트 구동 장치 및 이를 갖는 인버터를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 게이트 구동 장치는 인버터의 동작을 지시하는 지시 신호에 응답하여 하이 사이드(High Side) 제어 신호 및 상기 인버터의 로우 사이드(Low Side) 스위치를 제어하는 로우 사이드 스위칭 신호를 출력하는 다채널 게이트 구동기를 구비하고, 상기 하이 사이드 제어 신호에 응답하여 상기 인버터의 하이 사이드 스위치를 제어하는 하이 사이드 스위칭 신호를 출력하는 복수의 게이트 구동기들 및 상기 다채널 게이트 구동기 및 상기 복수의 게이트 구동기 사이의 전압 균형을 유지하는 밸런싱부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 밸런싱부는, 상기 다채널 게이트 구동기 및 상기 복수의 게이트 구동기에 각각 연결되는 복수의 저항 및 복수의 캐패시터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 게이트 구동 장치는 상기 게이트 구동부에 구동 전원을 공급하는 단일 구동 전원부와 복수의 다이오드를 포함하는 전원 공급부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 인버터는, 입력 전원을 제공하는 입력 전원단과 접지 사이에 직렬 연결된 하이 사이드(High Side) 스위치 및 로우 사이드(Low Side) 스위치를 각각 구비하는 복수의 인버터 암(Arm)을 구비하고, 상기 입력 전원을 스위칭하여 교류 전원을 출력할 수 있으며, 인버터의 동작을 지시하는 지시 신호에 응답하여 하이 사이드 제어 신호 및 상기 인버터의 로우 사이드 스위치를 제어하는 로우 사이드 스위칭 신호를 출력하는 다채널 게이트 구동기를 구비하고, 상기 하이 사이드 제어 신호에 응답하여 상기 하이 사이드 스위치를 제어하는 하이 사이드 스위칭 신호를 출력하는 복수의 게이트 구동기들 및 상기 다채널 게이트 구동기 및 상기 복수의 게이트 구동기 사이의 전압 균형을 유지하는 밸런싱부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 게이트 구동 장치 및 이를 갖는 인버터는 고전압에서 안정적으로 동작할 수 있으므로 고가의 고내압 구동기를 대체하여 제조 비용이 저감될 수 있고, 과도 상태에서 내압 이상의 전압이 인가되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 구동 장치를 포함한 인버터를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 구동 장치를 상세히 나타낸 회로도이다.
도 3은, 도 2의 밸런싱부의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는, 도 2의 전원 공급부의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4b는, 도 2의 전원 공급부의 다른 실시예를 설명하기 위한 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.
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 포함한 인버터를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 상기 인버터는 복수의 인버터 암(110, 120, 130)을 포함하는 인버터부(100)와, 게이트 구동부(200) 및 밸런싱부(300)를 포함하는 게이트 구동 장치를 포함할 수 있다.
먼저, 인버터부(100)는 입력 전원을 스위칭하여 교류 전원을 출력하는 복수의 인버터 암들(110, 120, 130)을 포함할 수 있으며, 인버터부(100)가 3상(phase)의 교류 전원을 출력할 경우 각 상(phase)당 하나의 인버터 암이 필요하므로, 인버터부(100)는 U, V, W상에 대응되는 제1 내지 제3 인버터암(110, 120, 130)을 포함할 수 있다.
제1 인버터암(110)은 제1 하이 사이드 스위치(HM1) 및 제1 로우 사이드 스위치(LM1)를 포함할 수 있고, 제2 인버터암(120)은 제2 하이 사이드 스위치(HM2) 및 제2 로우 사이드 스위치(LM2)를 포함할 수 있으며, 제3 인버터암(130)은 제3 하이 사이드 스위치(HM3) 및 제3 로우 사이드 스위치(LM3)를 포함할 수 있다.
제1 하이 사이드 스위치(HM1)와 제1 로우 사이드 스위치(LM1), 제2 하이 사이드 스위치(HM2)와 제2 로우 사이드 스위치(LM2), 및 제3 하이 사이드 스위치(HM3)와 제3 로우 사이드 스위치(LM3) 각각은 입력 전원(VH)을 제공하는 입력 전원단과 접지 사이에 직렬 연결될 수 있으며, 제1 내지 제3 하이 사이드(High Side) 스위치(HM1, HM2, HM3) 및 제1 내지 제3 로우 사이드(Low Side) 스위치(LM1, LM2, LM3)는 게이트 구동부(200)로부터 전달되는 스위칭 신호(HSu3, HSv3, HSw3, LSu2, LSv2, LSw2)에 의하여 스위칭 온/오프 제어될 수 있다.
게이트 구동부(200)는 상기 인버터부(100)에 대한 스위칭 제어를 지시하는 지시 신호들(HSu1, HSv1, HSw1, LSu1, LSv1, LSw1)에 응답하여 상기 스위칭 신호들(HSu3, HSv3, HSw3, LSu2, LSv2, LSw2)을 출력할 수 있다.
한편, 상기 제1 내지 제3 하이 사이드 스위치(HM1, HM2, HM3)의 스위칭 온/오프에 따라 게이트 구동부(200)의 VSu, VSv 및 VSw가 입력되는 단자들에 입력 전원(VH)에 해당하는 전압 레벨을 가지는 전압이 인가될 수 있다.
밸런싱부(300)는 게이트 구동부(200)의 VSu, VSv 및 VSw가 입력되는 단자들에 인가된 전압을 게이트 구동부의(200)에 VS1, VS2 및 VS2로서 분배되어 인가되도록 할 수 있고, 전압 균형을 유지할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 게이트 구동 장치는, 게이트 구동부(200)에 구동 전원을 공급하는 단일 구동 전원부(400)를 포함할 수 있다.
또한, 게이트 구동 장치는, 단일 구동 전원부(400)에서 공급된 단일 전원(VCC)을 게이트 구동부(200)에 인가하기 위해, 전원 공급부(500)를 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 구동 장치를 상세히 나타낸 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 구동 장치는 게이트 구동부(200) 및 밸런싱부(300)를 포함할 수 있으며, 게이트 구동부(200)는 다채널 게이트 구동기(210), 제1 게이트 구동기(220), 제2 게이트 구동기(230), 및 제3 게이트 구동기(240)를 포함할 수 있고, 밸런싱부(300)는 제1 내지 제3 밸런서(310, 320, 330)를 포함할 수 있다.
상기 게이트 구동부(200)는 제1 게이트 구동기(220)의 입력측에 연결된 제1 커패시터(C1), 제1 게이트 구동기(220)의 출력측에 연결된 제2 커패시터(C2), 제2 게이트 구동기(230)의 입력측에 연결된 제3 커패시터(C3), 제2 게이트 구동기(230)의 출력측에 연결된 제4 커패시터(C4), 제3 게이트 구동기(240)의 입력측에 연결된 제5 커패시터(C5), 제3 게이트 구동기(240)의 출력측에 연결된 제6 커패시터(C6)을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 게이트 구동부(200)에 포함된 다채널 게이트 구동기(210)는 하이 사이드 스위치의 스위칭을 지시하는 하이 사이드 지시 신호들(HSu1, HSv1, HSw1)이 입력되면, 로우 레벨이 다채널 게이트 구동기(210)의 VS단자에 인가된 전압의 레벨을 가지고, 하이 레벨이 다채널 게이트 구동기(210)의 VB단자에 인가된 전압의 레벨을 가지는 제1 내지 제3 제어 신호(HSu2, HSv2, HSw2)를 출력할 수 있다. 또한, 로우 사이드 스위치의 스위칭을 지시하는 로우 사이드 지시 신호들(LSu1, LSv1, LSw1)이 입력되면, 하이 레벨이 다채널 게이트 구동기(210)의 VCC단자에 인가된 전압의 레벨을 가지는 로우 사이드 스위칭 신호들(LSu2, LSv2, LSw2)을 출력할 수 있다.
상기 게이트 구동부(200)에 포함된 제1 내지 제3 게이트 구동기(220, 230, 240) 각각은 단일 채널 게이트 구동기로서, 상기 다채널 게이트 구동기(210)에서 출력된 제1 내지 제3 제어 신호(HSu2, HSv2, HSw2)를 입력받아, 로우 레벨이 제1 내지 제3 게이트 구동기(220, 230, 240) 각각의 VS단자에 인가된 전압의 레벨을 가지고, 하이 레벨이 제1 내지 제3 게이트 구동기(220, 230, 240) 각각의 VB단자에 인가된 전압의 레벨을 가지는 하이 사이드 스위칭 신호들(HSu3, HSv3, HSw3)을 인버터부(100)로 출력하여 해당 하이 사이드 스위치(HM1, HM2, HM3)의 스위칭을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 하이 사이드 스위치(HM1, HM2, HM3) 및 로우 사이드 스위치(LM1, LM2, LM3) 각각의 게이트에는 게이트 구동부(200)으로부터의 스위칭 신호들(HSu3, HSv3, HSw3, LSu2, LSv2, LSw2)이 입력되어 스위칭 온/오프가 제어될 수 있다.
밸런싱부(300)는 하이 사이드 스위치(HM1, HM2, HM3)의 스위칭 제어 신호에 기초한 인버터 암(100)의 스위칭에 따라 상기 다채널 게이트 구동기(210) 와 제1 내지 제3 게이트 구동기(220, 230, 240) 사이의 전압 균형을 유지하는 역할을 수행할 수 있다.
구체적으로, 하이 사이드 스위치(HM1, HM2, HM3)의 스위칭 온/오프에 따라 게이트 구동부(200)에 입력 전원(VH)에 해당하는 전압 레벨을 갖는 입력 전원이 인가될 수 있는데, 제1 내지 제3 밸런서(310, 320, 330)는 상기 인가된 전원의 전압 레벨이 다채널 게이트 구동기(210) 및 해당 게이트 구동기(220, 230, 240)에 분압되어 인가되도록 할 수 있다.
즉, 밸런싱부(300)는 인버터 암(100)의 스위칭에 따라 게이트 구동부(200)에 인가되는 전압을 다채널 게이트 구동기(210) 및 복수의 게이트 구동기(220, 230, 240) 각각에 분배할 수 있다.
도 3은 도 2의 밸런싱부의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 밸런싱부(300)는 제1 내지 제3 밸런서(310, 320, 330)를 포함할 수 있다.
제1 밸런서(310)는 제1 분압부(311)와 제2 분압부(312)를 포함할수 있고, 제2 밸런서(320)는 제3 분압부(321)와 제4 분압부(322)를 포함할 수 있으며, 제3 밸런서(330)는 제5 분압부(331)와 제6 분압부(332)를 포함할 수 있다.
제1 분압부(311)는 VS1이 출력되는 단자와 접지 전압 사이에 서로 병렬로 연결된 저항(R31) 및 커패시터(C31)를 포함할 수 있고, 제2 분압부(312)는 VSu가 입력되는 단자와 VS1이 출력되는 단자 사이에 서로 병렬로 연결된 다이오드(D32), 저항(R32) 및 커패시터(C32)를 포함할 수 있다.
제3 분압부(321)는 VS2이 출력되는 단자와 접지 전압 사이에 서로 병렬로 연결된 저항(R33) 및 커패시터(C33)를 포함할 수 있고, 제4 분압부(322)는 VSv가 입력되는 단자와 VS2이 출력되는 단자 사이에 서로 병렬로 연결된 다이오드(D34), 저항(R34) 및 커패시터(C34)를 포함할 수 있다.
제5 분압부(331)는 VS3이 출력되는 단자와 접지 전압 사이에 서로 병렬로 연결된 저항(R35) 및 커패시터(C35)를 포함할 수 있고, 제6 분압부(332)는 VSw가 입력되는 단자와 VS3이 출력되는 단자 사이에 서로 병렬로 연결된 다이오드(D36), 저항(R36) 및 커패시터(C36)를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3를 참조하면, 제1 분압부(311), 제3 분압부(321) 및 제5 분압부 (331)는 다채널 게이트 구동기(210)와 연결될 수 있으며, 제2 분압부 (312)는 제1 게이트 구동기(220)와 연결될 수 있으며, 제4 분압부(322)는 제2 게이트 구동기(230)와 연결될 수 있고, 제6 분압부(332)는 제3 게이트 구동기(240)와 연결될 수 있다.
이에 따라, 제1 분압부(311) 및 제2 분압부(312)는 해당 하이 사이드 스위치(HM1)의 스위칭 온/오프에 따라 다채널 게이트 구동기(210) 및 제1 게이트 구동기(220)에 인가될 수 있는 전원의 전압 레벨을 균등하게 분압할 수 있고, 제3 분압부(321)와 제4 분압부(322)는 해당 하이 사이드 스위치(HM2)의 스위칭 온/오프에 따라 다채널 게이트 구동기(210)와 제2 게이트 구동기(230)에 인가될 수 있는 전원의 전압 레벨을 균등하게 분배할 수 있으며, 제5 분압부(331)와 제6 분압부(332)는 해당 하이 사이드 스위치(HM3)의 스위칭 온/오프에 따라 다채널 게이트 구동기(210)와 제3 게이트 구동기(240)에 인가될 수 있는 전원의 전압 레벨을 균등하게 분배할 수 있게 된다.
예컨대, 인버터부(100)가 출력하는 3상(phase)의 교류 전원 중 U상에 관련한 게이트 구동부(200)의 동작을 살피면, 인버터부(100)가 출력하는 3상(phase)의 교류 전원 중 U상에 대응되는 인버터 암(110)에 1200V 이상의 전압 레벨을 갖는 입력 전원(VH)이 입력되고, 해당 하이 사이드 스위치(HM1)의 스위칭 온/오프에 따라 게이트 구동부(200)에 인가되는 전압 레벨이 다채널 게이트 구동기(210) 및 제1 게이트 구동기(220)에 균등하게 분압될 수 있다. 이 경우, 다채널 게이트 구동기(210) 및 제1 게이트 구동기(220)는 600V의 내압 범위에서 작동할 수 있다.
일 실시예에 의하여, 인버터부(100)가 출력하는 3상(phase)의 교류 전원 중 U상에 관련한 게이트 구동부(200)의 동작을 구체적으로 살피면, 인버터 암(110)의 로우 사이드 스위치(LM1)에 온 신호가 인가된 경우, 단일 구동 전원부(400)와 전원 공급부(500)에 의하여 제1 캐패시터(C1), 제2 캐패시터(C2)는 VCC로 충전된다.
이후, 로우 사이드 스위치(LM1)에 오프 신호가 인가되고 하이 사이드 스위치(HM1)에 온 신호가 인가된 경우, 게이트 구동부(200)의 VSu가 입력되는 단자에 입력 전원(VH)에 해당하는 레벨을 가지는 전압이 인가될 수 있다.
상기 전압은 제1 게이트 구동기(220)의 VS 단자에 인가될 수 있다. 또, VS 단자에 인가되는 전압과 제2 캐패시터(C2)에 의하여 제1 게이트 구동기(220)의 VB 단자의 전압이 결정될 수 있다. 예컨대, 상기 VB단자의 전압은 VS단자에 인가되는 전압과 상기 제2 캐패시터(C2)에 충전된 전압의 합일 수 있다.
상기 제1 분압부(311) 및 제2 분압부(312)에 의하여 인가 전압이 균등하게 분배되는 경우, 분배된 전압이 제1 게이트 구동기(220)의 COM단자에 인가될 수 있다. 또, 상기 COM단자에 인가되는 전압과 제1 캐패시터(C1)에 의하여 제1 게이트 구동기(220)의 VCC단자의 전압이 결정될 수 있다. 예컨대, 상기 VCC단자의 전압은 상기 COM단자에 인가되는 전압과 상기 제1 캐패시터(C1)에 충전된 전압의 합일 수 있다.
따라서 상기 하이 사이드 스위치(HM1)을 구동하기 위한 제어 신호(HSu3)가 출력되는 출력 단자(OUT)의 전압 범위는 제1 게이트 구동기(220)의 VS단자에 인가되는 전압 레벨, 제1 게이트 구동기(220)의 VB단자에 인가되는 전압 레벨에 의하여 결정될 수 있다.
또한, 제1 게이트 구동기(220)의 입력 단자(IN)의 전압 범위는 제1 게이트 구동기(220)의 COM단자에 인가되는 전압 레벨, 제1 게이트 구동기(220)의 VCC단자에 인가되는 전압 레벨에 의하여 결정될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 게이트 구동기(220)의 신호 출력 단자(OUT)의 전압 범위는 제1 게이트 구동기(220)의 VS단자에 인가되는 전압 레벨(예컨대, VH) 내지 제1 게이트 구동기(220)의 VB단자에 인가되는 전압 레벨(예컨대, VH+VCCb1)일 수 있다.
또한, 상기 다채널 게이트 구동기(210)의 출력 단자(UOUT)에서 출력되어 제1 게이트 구동기(220)의 입력 단자(IN)에 인가되는 전압 범위는 제1 게이트 구동기(220)의 COM 단자에 인가되는 전압 레벨(예컨대, 0.5×VH) 내지 제1 게이트 구동기(220)의 VCC 단자에 인가되는 전압 레벨(예컨대, 0.5×VH+VCCa)일 수 있다.
또한, 다채널 게이트 구동기(210)의 각 채널의 입력 단자(HUIN, HVIN, HWIN, LUIN, LVIN, LWIN)에 인가되는 전압 범위는 다채널 게이트 구동기(210)의 COM 단자에 인가되는 전압 레벨(예컨대, 0V) 내지 다채널 게이트 구동기(210)의 VCC 단자에 인가되는 전압 레벨(예컨대, VCC)일 수 있다.
인버터부(100)가 출력하는 3상(phase)의 교류 전원 중 V상 및 W상에 관련한 게이트 구동부(200)의 동작은 상기의 설명과 동일할 수 있으므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한편, 다채널 게이트 구동기(210)는 스위치 제어 신호들(LSu2, LSv2, LSw2)을 출력하여 로우 사이드 스위치(LM1, LM2, LM3)의 스위칭 동작을 제어할 수 있으므로, 별도로 저전압 게이트 구동기를 구성하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인버터는 입력 전원을 제공하는 입력 전원단과 접지 사이에 서로 직렬로 연결된 하이 사이드(High Side) 스위치(HM1, HM2, HM3) 및 로우 사이드(Low Side) 스위치(LM1, LM2, LM3)를 포함하는 복수의 인버터 암(110, 120, 130)을 구비하고, 상기 입력 전원(VH)을 스위칭하여 교류 전원을 출력하는 인버터부(100), 상기 복수의 인버터 암(110, 120, 130)의 스위칭 제어를 지시하는 지시 신호(HSu1, HSv1, HSw1, LSu1, LSv1, LSw1)를 획득하여, 하이 사이드 제어 신호(Hsu2, HSv2, HSw2) 및 로우 사이드 스위치를 제어하는 로우 사이드 스위칭 신호(LSu2, LSv2, LSw2)를 출력하는 다채널 게이트 구동기(210), 다채널 게이트 구동기(210)로부터 복수의 인버터 암(110, 120, 130) 중 어느 하나의 하이 사이드 스위치(HM1, HM2, HM3)를 제어하기 위한 제어 신호를 수신하여 상기 수신한 제어 신호에 대응되는 하이 사이드 스위치(HM1, HM2, HM3)로 출력하는 복수의 게이트 구동기들(220, 230 240) 및 하이 사이드 스위치(HM1, HM2, HM3)의 스위칭에 따라 복수의 게이트 구동기들(220, 230, 240)에 인가되는 전압을 다채널 게이트 구동기(210) 및 복수의 게이트 구동기들(220, 230, 240) 각각에 분배하고, 다채널 게이트 구동기(210) 및 복수의 게이트 구동기들(220, 230 240)에 분배된 전압 균형을 유지시키는 밸런싱부(300)를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 밸런싱부(300)는 다채널 게이트 구동기(210)에 대한 제1 분압부(311), 제3 분압부(321)및 제5 분압부(331)와 제1 게이트 구동기(220)에 대한 제2 분압부(312)와 제2 게이트 구동기(230)에 대한 제4 분압부(322)와 제3 게이트 구동기(240)에 대한 제6 분압부(332)를 포함할 수 있다.
제1 분압부(311)는 제1 저항(R31), 제1 커패시터(C31)를 포함할 수 있다. 이 때, 제1 저항(R31)은 다채널 게이트 구동기(210)와 연결될 수 있다. 또한, 제1 커패시터(C31)는 제1 저항(R31)과 병렬로 연결될 수 있다.
제2 분압부(312)는 제2 저항(R32), 제2 커패시터(C32)를 포함할 수 있다. 이 때, 제2 저항(R32)은 제1 게이트 구동기(220)와 연결될 수 있다. 또한, 제2 커패시터(C32)는 제2 저항(R32)과 병렬로 연결될 수 있다.
제3 분압부(321)는 제3 저항(R33), 제3 커패시터(C33)를 포함할 수 있다. 이 때, 제3 저항(R33)은 다채널 게이트 구동기(210)와 연결될 수 있다. 또한, 제3 커패시터(C33)는 제3 저항(R33)과 병렬로 연결될 수 있다.
제4 분압부(322)는 제4 저항(R34), 제4 커패시터(C34)를 포함할 수 있다. 이때, 제4 저항(R34)은 제2 게이트 구동기(220)와 연결될 수 있다. 또한, 제4 커패시터(C34)는 제4 저항(R34)과 병렬로 연결될 수 있다.
제5 분압부(331)는 제5 저항(R35), 제5 커패시터(C35)를 포함할 수 있다. 이 때, 제5 저항(R35)은 다채널 게이트 구동기(210)와 연결될 수 있다. 또한, 제5 커패시터(C35)는 제5 저항(R35)과 병렬로 연결될 수 있다.
제6 분압부(332)는 제6 저항(R36), 제6 커패시터(C36)를 포함할 수 있다. 이 때, 제6 저항(R36)은 제3 게이트 구동기(240)와 연결될 수 있다. 또한, 제6 커패시터(C36)는 제6 저항(R36)과 병렬로 연결될 수 있다.
여기서, 제1 커패시터(C31) 내지 제6 커패시터(C36)는 과도 상태에서의 다채널 게이트 구동기(210)와 제1 게이트 구동기(220), 다채널 게이트 구동기(210)와 제2 게이트 구동기(230) 또는 다채널 게이트 구동기(210)와 제3 게이트 구동기(240) 간의 전압 분배 불균형 발생 현상을 방지할 수 있다. 여기서, 상기 과도 상태는 다채널 게이트 구동기(210) 또는 복수의 게이트 구동기(220, 230, 240)의 출력(HSu2, HSv2, HSw2, HSu3, HSv3, HSw3)이 하이(high)레벨에서 로우(low) 레벨로 변화하는 상태를 의미할 수 있다.
즉, 밸런싱부(300)는, 다채널 게이트 구동기(210) 또는 복수의 게이트 구동기(220, 230, 240) 중 적어도 하나가 출력하는 신호가 하이 레벨에서 로우 레벨로 변화하는 경우, 다채널 게이트 구동기(210) 및 복수의 게이트 구동기(220, 230, 240)에 분배된 전압 상태를 유지시킬 수 있다.
또한, 제2 분압부(312), 제4 분압부(322), 제6 분압부(332)는 저항(R32, R34, R36), 커패시터(C32, C34, C36) 및 다이오드(D32, D34, D36)에 의하여 형성될 수 있다.
각각의 분압부에 병렬 연결된 다이오드(D32, D34, D36)는 해당 커패시터(C2, C4, C6)에 단일 구동 전원(VCC)을 충전하기 위한 패스를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 대략 1200V의 입력 전원을 스위칭 하는 경우, 다채널 게이트 구동기(210) 및 복수의 게이트 구동기(220, 230, 240)에 의하여 이보다 낮은 내압 특성을 갖는 게이트 구동 장치가 사용될 수 있다.
예를 들면, 스위칭시에 게이트 구동부(200)에 인가되는 전압을 다채널 게이트 구동기(210) 및 제1 게이트 구동기(220)에 분압하여 구동 회로가 안정적으로 동작되게 함으로써 1200V 내압을 갖는 고가의 게이트 구동 장치를 대체하여 제조 비용이 저감될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 커패시터(C31) 내지 제6 커패시터(C36)에 의하여 과도 상태에서 다채널 게이트 구동기(210) 및 복수의 게이트 구동기(220, 230, 240)에 내압 이상의 전압이 인가되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 다채널 게이트 구동기(210)는 제어 신호(LSu2, LSv2, LSw2)를 출력하여 로우 사이드 스위치(LM1, LM2, LM3)의 스위칭 동작을 제어할 수 있으므로, 별도로 저전압 게이트 구동기를 구성하지 않을 수 있다.
도 4a, 4b는 도 2의 전원공급부의 일 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
상기 전원 공급부(500)는 복수의 다이오드를 포함 할 수 있으며, 상기 복수의 다이오드는 다채널 게이트 구동기(210) 및 복수의 게이트 구동기(220, 230, 240)의 소정의 단자에 단일 전원(VCC)를 공급할 수 있다.
도 4a를 참조하면, 상기 구동 전원이 인가되는 애노드(VCC)와 상기 제1 동작 전원(VCCa)이 출력되는 캐소드를 포함하는 제1 다이오드(D51) 및 상기 제1 동작 전원(VCCa)이 인가되는 애노드와 상기 복수의 제2 동작 전원들(VCCb1, VCCb2, VCCb3) 각각을 출력하는 캐소드를 포함하는 복수의 제2 다이오드들(D52, D53, D54)을 포함할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 상기 구동 전원이 인가되는 애노드(VCC)와 상기 제1 동작 전원(VCCa)이 출력되는 캐소드를 포함하는 제1 다이오드(D55) 및 상기 구동 전원(VCCa)이 인가되는 애노드와 상기 복수의 제2 동작 전원들(VCCb1, VCCb2, VCCb3) 각각을 출력하는 캐소드를 포함하는 복수의 제2 다이오드들(D56, D57, D58)을 포함할 수 있다.
도 2 및 4a를 참조하면, 전원 공급부(500)는 단일 구동 전원(400)을 복수의 다이오드(D51, D52, D53, D54)를 통하여 다채널 게이트 구동기(210) 또는 복수의 게이트 구동기(220, 230, 240)에 전달할 수 있다.
이에 따라, 단일 전원(VCC)을 사용하고도 다채널 게이트 구동기(210) 및 복수의 게이트 구동기(220, 230, 240)에 필요한 전원을 안정적으로 공급할 수 있으며, 다채널 게이트 구동기(210) 및 복수의 게이트 구동기(220, 230, 240) 각각에 독립된 구동 전원을 공급하는 회로에 대비하여 회로 구성이 간단하고 이에 따라 제조 비용이 더 저감될 수 있다.
또한, 전원 공급부(500)는 각각의 커패시터(C1, C2, C3, C4, C5, C6)에 단일 구동 전원(VCC)을 충전하기 위한 패스를 형성할 수 있다.
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 : 인버터부
200 : 게이트 구동부
210 : 다채널 게이트 구동기
220 : 제1 게이트 구동기
230 : 제2 게이트 구동기
240 : 제3 게이트 구동기
300 : 밸런싱부
400 : 단일 구동 전원부
500 : 전원 공급부

Claims (18)

  1. 인버터의 동작을 지시하는 지시 신호에 응답하여 하이 사이드(High Side) 제어 신호 및 상기 인버터의 로우 사이드(Low Side) 스위치를 제어하는 로우 사이드 스위칭 신호를 출력하는 다채널 게이트 구동기;
    상기 하이 사이드 제어 신호에 응답하여 상기 인버터의 하이 사이드 스위치를 제어하는 하이 사이드 스위칭 신호를 출력하는 복수의 게이트 구동기들; 및
    상기 다채널 게이트 구동기 및 상기 복수의 게이트 구동기 사이의 전압 균형을 유지하는 밸런싱부
    를 포함하는 게이트 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 밸런싱부는,
    상기 인버터로부터 상기 복수의 게이트 구동기들 각각에 인가되는 전압을 상기 다채널 구동기 및 상기 복수의 게이트 구동기에 각각 분배하는 복수의 밸런서를 포함하는 게이트 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 밸런서 각각은,
    상기 다채널 게이트 구동기와 연결된 제1저항 및 상기 복수의 게이트 구동기들 중 대응하는 게이트 구동기와 연결된 제2 저항을 포함하는 게이트 구동 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 복수의 밸런서 각각은,
    상기 제1 저항과 병렬로 연결되는 제1 커패시터; 및
    상기 제2 저항과 병렬로 연결되는 제2 커패시터를 포함하는 게이트 구동 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 밸런싱부는,
    상기 복수의 게이트 구동기 중 어느 하나가 출력하는 신호가 하이 레벨에서 로우 레벨로 변화하는 경우, 상기 복수의 게이트 구동기에 분배된 전압 상태를 유지시키는 게이트 구동 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 게이트 구동부에 구동 전원을 공급하는 단일 구동 전원부를 포함하는 게이트 구동장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구동 전원을 입력하고, 제1 동작 전원을 상기 복수의 게이트 구동기의 입력측에 전달하고, 복수개의 제2 동작 전원들 각각을 상기 게이트 구동기의 출력 측에 전달하는 전원 공급부를 포함하는 게이트 구동 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 전원 공급부는,
    상기 구동 전원이 인가되는 애노드와 상기 제1 동작 전원이 출력되는 캐소드를 포함하는 제1 다이오드; 및
    상기 제1 동작 전원이 인가되는 애노드와 상기 복수의 제2 동작 전원들 각각을 출력하는 캐소드를 포함하는 복수의 제2 다이오드들을 포함하는 게이트 구동 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 전원 공급부는,
    상기 구동 전원이 인가되는 애노드와 상기 제1 동작 전원이 출력되는 캐소드를 포함하는 제1 다이오드; 및
    상기 구동 전원이 인가되는 애노드와 상기 복수의 제2 동작 전원들 각각을 출력하는 캐소드를 포함하는 복수의 제2 다이오드들을 포함하는 게이트 구동 장치.
  10. 입력 전원을 제공하는 입력 전원단과 접지 사이에 직렬 연결된 하이 사이드(High Side) 스위치 및 로우 사이드(Low Side) 스위치를 각각 구비하는 복수의 인버터 암(Arm)을 구비하고, 상기 입력 전원을 스위칭하여 교류 전원을 출력하는 인버터부;
    인버터의 동작을 지시하는 지시 신호에 응답하여 하이 사이드 제어 신호 및 상기 로우 사이드 스위치를 제어하는 로우 사이드 스위칭 신호를 출력하는 다채널 게이트 구동기;
    상기 하이 사이드 제어 신호에 응답하여 상기 하이 사이드 스위치를 제어하는 하이 사이드 스위칭 신호를 출력하는 복수의 게이트 구동기들; 및
    상기 다채널 게이트 구동기 및 상기 복수의 게이트 구동기 사이의 전압 균형을 유지하는 밸런싱부
    를 포함하는 게이트 구동 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 밸런싱부는,
    상기 인버터로부터 상기 복수의 게이트 구동기들 각각에 인가되는 전압을 상기 다채널 구동기 및 상기 복수의 게이트 구동기에 각각 분배하는 복수의 밸런서를 포함하는 게이트 구동 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 복수의 밸런서 각각은,
    상기 다채널 게이트 구동기와 연결된 제1저항 및 상기 복수의 게이트 구동기들 중 대응하는 게이트 구동기와 연결된 제2 저항을 포함하는 게이트 구동 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 복수의 밸런서 각각은,
    상기 제1 저항과 병렬로 연결되는 제1 커패시터; 및
    상기 제2 저항과 병렬로 연결되는 제2 커패시터를 포함하는 게이트 구동 장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 밸런싱부는,
    상기 복수의 게이트 구동기 중 어느 하나가 출력하는 신호가 하이 레벨에서 로우 레벨로 변화하는 경우, 상기 복수의 게이트 구동기에 분배된 전압 상태를 유지시키는 게이트 구동 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 게이트 구동부에 구동 전원을 공급하는 단일 구동 전원부를 포함하는 게이트 구동장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 구동 전원을 입력하고, 제1 동작 전원을 상기 복수의 게이트 구동기의 입력측에 전달하고, 복수개의 제2 동작 전원들 각각을 상기 게이트 구동기의 출력 측에 전달하는 전원 공급부를 포함하는 게이트 구동 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 전원 공급부는,
    상기 구동 전원이 인가되는 애노드와 상기 제1 동작 전원이 출력되는 캐소드를 포함하는 제1 다이오드; 및
    상기 제1 동작 전원이 인가되는 애노드와 상기 복수의 제2 동작 전원들 각각을 출력하는 캐소드를 포함하는 복수의 제2 다이오드들을 포함하는 게이트 구동 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 전원 공급부는,
    상기 구동 전원이 인가되는 애노드와 상기 제1 동작 전원이 출력되는 캐소드를 포함하는 제1 다이오드; 및
    상기 구동 전원이 인가되는 애노드와 상기 복수의 제2 동작 전원들 각각을 출력하는 캐소드를 포함하는 복수의 제2 다이오드들을 포함하는 게이트 구동 장치.
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