KR20160122663A

KR20160122663A - 게이트 구동 루프에서 차동 모드 초크를 이용한 전력 스위치들의 병렬화

Info

Publication number: KR20160122663A
Application number: KR1020160045601A
Authority: KR
Inventors: 카르스텐 핑크; 크리스토프 두스테르트; 안드레아스 폴케; 미하엘 호른캄프; 마르틴 울브리히
Original assignee: 카르스텐 핑크; 안드레아스 폴케; 마르틴 울브리히; 미하엘 호른캄프; 크리스토프 두스테르트
Priority date: 2015-04-14
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2016-10-24
Also published as: DE202016002337U1; US20180123579A1; RU2017137757A; WO2016166228A1; TW201703406A; RU2017137757A3; JP6933982B2; US10461733B2; EP3284173A1; JP2018512838A

Abstract

디바이스가 개시된다, 상기 디바이스는 제1 게이트를 구비한 제1 전력 스위치, 상기 제1 전력 스위치와 병렬이며 제2 게이트를 구비한 제2 전력 스위치, 상기 제1 게이트 및 상기 제2 게이트 둘 모두를 구동하기 위해 게이트 구동 신호를 출력하는 게이트 구동기, 상기 게이트 구동 신호를 상기 제1 게이트에 연결하는 제1 전도 경로, 상기 게이트 구동 신호를 상기 제2 게이트에 연결하는 제2 전도 경로 그리고 상기 게이트 구동 신호를 상기 제1 전력 스위치 및 제2 전력 스위치에게 분배하는 분배 초크를 포함하며, 상기 분배 초크는 상기 제1 전도 경로에 배치된 제1 권선 및 제2 전도 경로에 배치된 제2 권선을 구비하며, 상기 분배 초크는 차동 모드에서 연결된다.

Description

게이트 구동 루프에서 차동 모드 초크를 이용한 전력 스위치들의 병렬화 {PARALLELING POWER SWITCHES USING A DIFFERENTIAL MODE CHOKE IN THE GATE DRIVE LOOP}

본 명세서는 구동 신호를 분배하기 위해 하나 또는 그 이상의 차동 (differential) 모드 초크드을 이용하여 전력 스위치들을 병렬화하는 것에 관련된다.

전력 스위치들은 상대적으로 높은 전압과 전류를 스위치하기 위해 설계된 스위칭 디바이스들이다. 그런 전력 스위치들의 예들은 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터들 (insulated gate bipolar transistors (IGBTs)), 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터들 (metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs)), 고 전자 이동성 트랜지스터들 (high-electron-mobility transistors (HEMTs)) 등을 포함한다. 이런 전력 스위치들은 실리콘, 탄화 규소 (silicon carbide), 질화 갈륨 (gallium nitride), 또는 다른 적합한 반도체 물질들과 같은 반도체 물질을 이용하여 일반적으로 만들어진다. 반도체들을 이용하여 만들어지는 전력 스위치들은 그런 전압 및 전류와 같은 스위칭에 적응된 디바이스 특징들을 가진다. 그러나, 개별적인 전력 스위치들이 비교적 선호되는 디바이스 특징들을 가질 때라도, 개별 전력 스위치들은 때때로 일부 고전력 애플리케이션들의 요구들을 충족시킬 수 없다.

그런 요구들을 해결하기 위해서, 다중의 전력 스위치들이 종종 모듈들로 어셈블된다. 그런 모듈들에서, 애플리케이션이 요청하는 전압 및 전류를 스위치하기 위해 병렬 전력 스위치들이 결합하여 사용될 수 있을 것이다.

본 발명은 상기의 요구를 충족하기 위해, 게이트 구동 루프에서 차동 모드 초크를 이용한 전력 스위치들의 병렬화를 제공하려고 한다.

본 발명 과제의 해결 수단은 본 명세서의 해당되는 부분들에 개별적으로 또는 집합적으로 명시되어 있다.

본 발명의 효과는 본 명세서의 해당되는 부분들에 개별적으로 명시되어 있다.

본 발명의 비-제한적이며 전부 망라하지 않는 실시예들이 다음의 도면들을 참조하여 설명되며, 여기에서 유사한 참조 번호들은 다르게 특정되지 않는다면 다양한 모습들을 통해 유사한 파트들을 언급한다.
도 1은 전압-제어 전력 스위치들의 한 쌍이 병렬화되어 공통 컬렉터 (드레인) 전류를 스위치하는 전통적인 시스템의 개략적인 모습이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따라, 공통 컬렉터 (드레인) 전류를 스위치하기 위해 한 쌍의 전압-제어 전력 스위치들을 병렬화하는 용도로 분배 초크 (distribution choke)를 사용하는 시스템의 개략적인 모습이다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따라, 공통 컬렉터 전류를 스위치하기 위해 한 쌍의 IGBT들을 병렬화하기 위한 용도로 분배 초크를 시용하는 시스템의 개략적인 모습이다.
도 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F, 3G, 및 3H는 스코프 캡처들 (300A, 300B, 300C, 300D, 300E, 300F, 300G, 및 300H)이며, 분배 초크를 구비하지 않은 (스코프 캡처 300A, 300C, 300E, 및 300G) 그리고 분배 초크를 구비한 (스코프 캡처 300B, 300D, 300F, 및 300H) 공통 게이트 구동기 (driver)에 의한 병렬화된 IGBT들의 한 쌍의 스위칭을 비교한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라, 고 전력 애플리케이션들을 위해 공통 컬렉터 (드레인) 전류를 스위치하기 위해서 세 개의 IGBT들을 병렬화하기 위한 용도로 세 개의 분배 초크들의 컬렉션을 이용하는 시스템의 개략적인 모습이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라, 고 전력 애플리케이션들을 위해 공통 컬렉터 (드레인) 전류를 스위치하기 위해서 전압-제어 IGBT들을 병렬화하기 위한 용도로 임의 개수의 분배 초크들을 이용하는 시스템의 개략적인 모습이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라, 고 전력 애플리케이션들을 위해 공통 컬렉터 (드레인) 전류를 스위치하기 위해서 전압-제어 전력 스위치들을 병렬화하기 위한 용도로 임의 개수의 분배 초크들을 이용하는 다른 시스템의 개략적인 모습이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라, 고 전력 애플리케이션들을 위해 공통 컬렉터 (드레인) 전류를 스위치하기 위해서 전압-제어 전력 스위치들을 병렬화하기 위한 용도로 임의 개수의 분배 초크들 및 용량성 클램프들을 이용하는 다른 시스템의 개략적인 모습이다.
도 8A, 8B, 8C, 9A, 9B, 9C는 스코프 캡처들이다. 스코프 캡처들 800A, 800B, 800C, 900A, 900B, 900C는 공통 게이트 구동기에 의한 네 개의 병렬화된 IGBT들의 스위칭을 비교한 것으로, 스코프 캡처 800A, 900A는 분배 초크 또는 용량성 클램프들을 구비하지 않은 것이며, 스코프 캡처 800B, 900B는 분배 초크를 구비하고 용량성 클램프들은 구비하지 않은 것이며, 그리고 스코프 캡처 800C, 900C는 분배 초크 및 용량성 클램프들은 구비한 것이다.

전력 모듈 패키지 내에서 복수의 위치들 또는 개별적인 스위치 중 어느 하나로서 상이한 전력 스위치들을 스위칭하는 것은 주의깊게 조정되어야 한다. 예를 들면, 전력 스위치가 전도 (conduction)하기 위해 너무 빨리 스위칭을 시작하거나 또는 전도를 마치기 위한 스위칭을 너무 늦게 끝낸다면, 과도하게 많은 전류가 그 전력 스위치 또는 인접한 전력 스위치에 의해 전도될 수 있을 것이다. 다른 예로서, 한 전력 스위치의 온-상태 임피던스가 다른 병렬 스위치들의 온-상태 임피던스보다 상대적으로 더 낮다면, 그러면 그 더 낮은 임피던스 전력 스위치를 통한 과도한 전류 흐름은 그 스위치가 과열되도록 하며, 이는 그 모듈에 대한 손상 및/또는 고장을 일으킬 수 있을 것이다. 이것은 비록 몇몇의 전력 반도체가 온도가 증가할 때에 양의 온도 계수 및 증가된 임피던스를 가진다고 하더라도 발생할 수 있다.

비교적 선호되는 디바이스 특성들을 가진 전력 스위치들의 한 클래스는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터들 (insulated-gate bipolar transistors (IGBTs))이다. IGBTs는 교번하는 전도성 유형들을 가진 네 개 구역들의 반도체 물질을 보통 포함하는 세 개 단자 반도체 디바이스들이다. 예를 들면, IGBTs은 n-타입 이미터 (emitter) 구역, p-타입 바디, n-타입 드리프트 구역, 및 p-타입 이미터 인젝션 구역을 포함할 수 있다. IGBT의 세 단자들은 보통은 게이트, 이미터, 및 컬렉터로 알려져 있다.

IGBT의 상기 컬렉터와 이미터 사이의 전류 전도는 절연 게이트 구조, 일반적으로, 금속 산화물 반도체 (metal-oxide-semiconductor (MOS)) 게이트에 의해 제어된다. 절연된 게이트 아래의 절연이 이상적이지 않다면, 상기 절연 게이트로 그리고 밖으로 흐를 수 있을 단 하나의 전류는 그 게이트의 누설 또는 부유 커패시턴스를 충전하고 방전시키는 전류일 것이다. 심지어 비-이상적 IGBTs 내 절연 게이트로 그리고 밖으로 흐르는 전류는 상대적으로 작으며 그리고 (예를 들면, 온도에 따라) 가변이며 그리고 IGBTs는 종종 "전압 제어 (voltage-controlled) 디바이스들"로 언급된다. 이것은 컬렉터와 이미터 사이에 흐르는 전류를 제어하기 위해 절연 게이트로 그리고 밖으로 흐르는 전류가 아니라 상기 게이트와 이미터 사이의 전압을 세팅하기 위한 설계자들의 거의 보편적인 관례를 반영한다. 그럼에도 불구하고, IGBT 스위칭 행동은 상기 게이트 전류 IG에 또한 기인할 수 있을 것이다.

IGBTs는 절연 게이트의 높은 입력 임피던스와 결합하여 상대적으로 작은 순방향 전도 전압 강하 그리고 큰 전류-운반 용량을 일반적으로 제공할 수 있다. 이 시점에, IGBTs는 모듈 당 6500V까지의 과도 전압들 그리고 3600A까지의 과도 전류를 스위치하기 위해 상업적인 애플리케이션들에서 일반적으로 사용된다. IGBTs는 풍력 및 태양 전력 발전, 전도성 가열 및 용접, 운송 (예를 들면, 전기 차량들 및 기차들), 소비자 및 산업 애플리케이션들과 같은 다양한 애플리케이션들에서 사용되고 있다. 다중의 또는 단일의 IGBT 스위치들은 단일의 게이트 단자를 가진 IGBT 모듈들로 종종 어셈블된다.

지금부터는 분배 초크로 또한 언급되는 차동 모드 초크를 이용하여 전력 스위치들을 병렬화하는 디바이스들, 시스템들 및 방법들이 설명된다. 다음의 설명에서, 수많은 특정한 상세 내용들이 본 발명 실시예들에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자는 그러나 여기에서 설명된 기술들이 상기 상세 내용들 중 하나 또는 그 이상을 사용하지 않고, 또는 다른 방법들, 컴포넌트들, 물질들 등과 함께 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 예들에서, 잘 알려진 구조들, 물질들, 또는 동작들은 특정 모습들을 모호하게 하는 것을 피하기 위해 상세하게 보여지거나 설명되지 않는다.

본 명세서 전체에서 "일 실시예" 또는 "어떤 실시예"를 언급하는 것은 그 실시예와 연결하여 설명된 특별한 특징, 구조, 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예 내에 포함된다는 것을 의미한다. 그래서, 본 명세서의 다양한 곳들에서 "일 실시예에서" 또는 "어떤 실시예에서"의 문구들이 나타나는 것이 반드시 동일한 실시예를 모두 언급하는 것은 아니다. 또한, 특정 특징들, 구조들, 또는 특성들은 하나 또는 그 이상의 실시예들에서 어떤 적합한 방식으로 결합될 수 있을 것이다.

원하는 기능성을 제공하는 집적 회로, 전자 회로, 조합식 논리 회로, 또는 다른 적합한 컴포넌트들에 특정 특징들, 구조들 또는 특성들이 포함될 수 있다. 추가로, 여기에서 함께 제공된 도면들은 본 발명이 속한 기술 분야에서의 통상의 지식을 가진 자에 대한 설명의 목적으로 제공된 것이며 그리고 상기 도면들은 반드시 크기에 맞추어서 그려진 것은 아니라는 것이 인정된다. 개시된 발명의 교시들은 고 전력 애플리케이션들에 더욱 유리할 것이지만, 고 전력 애플리케이션들에만 한정되지는 않는다. 개시된 본 발명은 어떤 전력 범위 내의 출력 전력와 함께 애플리케이션드에서 사용될 수 있을 것이다. 한 구현에서, 어떤 디바이스는 전력 스위치들로서 병렬로 연결된 IGBTs을 포함한다. 그 예시의 구현은 IGBTs의 게이트들을 구동하기 위해 게이트 구동 신호를 출력하도록 연결된 게이트 구동기를 포함한다. 다른 구현에서, 어떤 다른 유형의 전력 스위치, 예를 들면, 실리콘, 탄화 규소, 질화 갈륨, 또는 다른 적합한 반도체 물질들과 같은 반도체 물질들을 이용하여 만들어진 MOSFETs, HMETs가 본 발명의 교시들에 따라서 사용될 수 있을 것이라는 것에 유의해야 한다. 그러므로, IGBT라는 용어 또는 전력 스위치는 지금부터는 본 명세서에서 서로 교체하여 사용될 수 있다.

이전에 언급된 것처럼, IGBTs는 세 개의 단자들, 즉, 게이트, 이미터, 및 컬렉터의 단자들을 가진다. MOSFETs 및 HEMTs 또한 보통 세 개의 단자들, 즉, 게이트, 소스 및 드레인의 단자들을 가진다. IGBT의 게이트 단자 및 컬렉터 단자는 MOSFET 또는 HEMT의 게이트 단자 및 드레인 단자와 각각 유사하다. IGBT의 이미터 단자는 MOSFET 또는 HEMT의 소스 단자와 유사하다. 개시된 본 발명이 MOSFETs 또는 HEMTs과 같은 임의 유형의 전력 스위치들에 일반적으로 관련될 수 있기 때문에, 이제부터는 본 명세서 전체에 걸쳐서 드레인이라는 용어는 컬렉터와 교체될 수 있으며 그리고 이미터라는 용어는 소스와 교체될 수 있다.

본 발명 개시는 전력 스위치들의 병렬화 그리고 전력 스위치들을 분배 모드 초크들을 이용하여 공통 게이트 드라이브 회로에 연결하는 것을 설명한다. 나중에 설명될 것처럼, 분배 모트 초크는 각 전력 스위치의 게이트와 공통 게이트 구동기 사이에 연결된다. 상기 분배 초크는 두 개의 권선 (winding)들을 구비한 결합된 인덕터로서 언급될 수 있을 것이다. 어떤 두 전력 스위치들 사이에 분배 초크가 배치되어 존재한다. 나중에 설명될 것처럼, 그렇게 연결된 시스템은 병렬화된 전력 스위치들의 게이트 전류들을 실질적으로 동일하게 만드는데 도움을 준다. 이것은 다양한 전력 범위 또는 정격들을 가진 모든 유형의 애플리케이션들에서 더 나은 효율성의 결과를 가져올 수 있을 것이다.

도 1은 시스템 (100)의 개략적인 모습이며, 그 시스템에서 한 쌍의 전압-제어 전력 스위치, 즉, 전력 스위치들 Q1 (120) 및 Q2 (125)가 병렬화되거나 또는 병렬로 연결되어 공통 컬렉터 (드레인) 전압 V_CC (193)을 부하 (도 1에서는 도시되지 않음)로 스위치하여, 그 부하로의 스위칭된 전류의 결과를 가져온다. 본 명세서의 목적을 위해 병렬화는 복수의 전력 스위치들이 공통의 게이트 구동기에 의해 구동되는 또는 공통의 게이트 구동기 전압이나 신호에 응답하며, 자신들의 컬렉터들 (드레인들)은 공통의 양의 공급 레일 (supply rail voltage) 전압에 연결되며 그리고 에미터들 (소스들)은 공통의 음의 공급 레일 전압에 연결된 토폴로지를 언급하기 위해 사용된다. 몇몇의 예들에서, 컬렉터 (드레인) 경로들 및 이미터 (소스) 경로들에 임피던스가 존재할 수 있을 것이다. 본 명세서의 목적을 위해, 그와 같이 연결된 전력 스위치들은 병렬화된 전력 스위치들로서 언급될 수 있다.

도 1은 분배 초크들이 사용되지 않는 전통적인 시스템을 도시한다. 일 예에서, 상기 공통 컬렉터 (드레인) 전압 V_CC (193)는 양의 공급 레일 전압이며 전압 V_EE (197)는 음의 공급 레일 전압이다. 이전에 언급된 것처럼, 상기 전력 스위치들은 IGBTs, MOSFETs, HEMTs 등과 같은 디바이들일 수 있다. 그래서, 사용된 전력 스위치의 유형에 종속하여, 상기 전력 스위치들 둘 모두의 컬렉터들 또는 드레인들은 상기 양의 공급 레일 전압 V_CC (193)에 함께 연결된다고 판단될 수 있을 것이다. 상기 전력 스위치들 둘 모두의 이미터들 또는 소스들은 상기 음의 공급 레일 전압 V_EE (197)에 함께 연결된다. 본 명세서의 목적을 위해서, 상기 전력 스위치들 둘 모두의 이미터들은 또한 이미터 리턴 라인들로 또한 언급될 수 있을 것이다. 시스템 (100)은 게이트 구동 전압 출력단 (124)에서 게이트 구동 전압 V_D (127)를 출력하는 게이트 구동기 (122)를 포함한다. 상기 게이트 구동기 (122)의 리턴 라인은 전압 V_DD (195)에 연결된다. 게이트 구동기 (122)는 전력 스위치들 Q1 (120), Q2 (125)의 제어 단자들 (150, 170)으로의 상이한 전도 경로들에 의해 연결되어, 상기 전력 스위치들 Q1 (120), Q2 (125)가 상기 게이트 구동 전압 V_D (127)을 수신하도록 한다. 결과적으로, 상기 전력 스위치들 Q1 (120), Q2 (125)의 제어 단자들 (150 및 170) 각각에서 상기 이미티 리턴 전압 V_EE (197)에 대해 양, 영 (0), 또는 음의 전압들 V_G1 (151) 및 V_G2 (171)이 존재한다. 게이트 구동기 (122)는 그래서 전력 스위치들 Q1 (120), Q2 (125)을 내부의 전도로 (양의 전압 V_G1 (151), V_G2 (171)을 이용) 그리고 외부의 전도로 (영 또는 음의 전압 V_G1 (151), V_G2 (171)를 이용) 제어한다.

상기 게이트 구동 전압 출력 (124)을 전력 스위치 Q1 (120)의 게이트 (150)로 연결하는 상기 전도 경로는 게이트 구동 신호 도체 (135) 및 게이트 저항 (145)을 포함한다. 상기 게이트 구동 전압 출력 (124)을 전력 스위치 Q2 (125)의 게이트 (170)로 연결하는 상기 전도 경로는 게이트 구동 신호 도체 (140) 및 게이트 저항 (165)을 포함한다. 도체들 (135, 140) 및 실제로 여기에서 설명된 도체들 모두는 실 세상의 도체들이며 그리고 유한의 비-제로 저항 및 자신들의 주변과의 기생 (parasitic)의 상호작용 (interaction)들을 원래 가진다. 전력 스위치들 Q1 (120), Q2 (125)의 게이트들 (150, 170)이 전력 스위치들 Q1 (120), Q2 (125)의 각자의 컬렉터 (드레인) 및 이미터 (소스) 사이의 전도성 채널들로부터 절연되기 때문에, 게이트 구동 신호 도체들 (135, 140)을 따라 전도된 전류들 (I_G1, I_G2)은 상대적으로 작으며 그리고 주로 게이트 구동 신호 도체들 (135, 140) 및 게이트들 (150, 170)의 기생 커패시턴스들 및 인덕턴스들의 충전 및 방전과 주로 연관된다. 전력 스위치들 Q1 (120), Q2 (125)의 제어 단자들 (150, 170)에서의 전압들 V_G1 (151), V_G2 (171)은 그래서, 게이트 구동 전압 V_D (127) 및 전압들 V_G1 (151), V_G2 (171)에서의 변화의 속도가 가장 높을 때의 스위칭 동안에 주로, 상기 게이트 구동 전압 V_D (127)로부터 상대적으로 작은 정도까지만 차이가 있을 뿐이다.

전력 스위치들 Q1 (120), Q2 (125)의 스위칭이 거의 동시라는 것을 보장하는 것을 돕기 위해서, (1) IGBTs Q1 (120), Q2 (125)의 각각의 게이트들 (150)에 인가된 전압들 V_G1 (151), V_G2 (171) 사이의 차이들; 그리고 (2) 전력 스위치들 Q1 (120), Q2 (125)의 디바이스 특성들 사이의 차이들, 둘 모두에서 감소가 시도될 수 있을 것이다.

예를 들면, 전력 스위치들 Q1 (120), Q2 (125)은 매우 작은 공차들을 가지로 제조될 수 있을 것이다. 게이트 구동 신호 도체들 (135, 140)의 길이들, 위치, 그리고 물리적인 성질들은 가능한 동일하게 가깝도록 설계된다. 그러나, 실제 세상의 애플리케이션에서, 여러 이유들로 인해서 이것은 달성하기 어려울 수 있을 것이다. 게이트 저항들 R1 (145), R3 (165)의 저항값들은 가능한 동일하게 가까울 수 있다. 이 이미터 리언 라인들의 특성들은 레퍼런스 전위가 상이한 위치들에서 거의 같도록 선택된다. 저항들 R1 (145), R3 (165)은 전력 스위치들 Q1 (120), Q2 (125)의 이미터들 (소스들) 사이에서의 횡류 (cross current)들을 제한하기 위해 사용된다. 저항들 R2 (192), R4 (194)의 제1 말단은 상기 이미터 리턴 라인에 연결되며 그리고 저항들 R2 (192), R4 (194)의 제2 말단은 상기 이미터 리턴 라인 전압 V_DD (195)에 연결된다.

도 2a는 전압 V_CC (292)을 스위치하기 위해 병렬로 연결된 전압-제어 전력 스위치들인 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225)와 함께 분배 초크 (205)를 사용하는 시스템 (200A)의 개략적인 모습이다. 본 명세서의 목적을 위해 병렬화는 복수의 전력 스위치들이 공통의 게이트 구동기에 의해 구동되는 또는 공통의 게이트 구동기 전압이나 신호에 응답하며, 자신들의 컬렉터들 (드레인들)은 공통의 양의 공급 레일 전압에 연결되며 그리고 에미터들 (소스들)은 공통의 음의 공급 레일 전압에 연결된 토폴로지를 언급하기 위해 사용된다. 몇몇의 예들에서, 컬렉터 (드레인) 경로들 및 이미터 (소스) 경로들에 임피던스가 존재할 수 있을 것이다. 본 명세서의 목적을 위해, 그처럼 연결된 전력 스위치들은 병렬화된 전력 스위치들로서 언급될 수 있다.

일 예에서, 상기 공통 컬렉터 (드레인) 전압 V_CC (293)는 양의 공급 레일 전압이며 전압 V_EE (297)는 음의 공급 레일 전압이다. 그래서, 사용된 전력 스위치의 유형에 종속하여, 상기 전력 스위치들 둘 모두의 컬렉터들 또는 드레인들은 상기 양의 공급 레일 전압 V_CC (293)에 함께 연결된다고 판단될 수 있을 것이다. 상기 전력 스위치들 둘 모두의 이미터들 또는 소스들은 상기 음의 공급 레일 전압 V_EE (297)에 함께 연결된다. 상기 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225)은 IGBTs, MOSFETs, HEMTs 또는 실리콘, 탄화 규소, 질화 갈륨, 또는 다른 적합한 반도체 물질들과 같은 반도체 물질들을 이용하여 만들어진 어떤 다른 유사한 반도체들을 대표할 수 있다.

시스템 (200A)은 게이트 구동 전압 출력단 (224)에서 공통 게이트 구동 신호 S_D (227)을 출력하는 게이트 구동기 (222)를 포함한다. 상기 게이트 구동기 (222)의 리턴 라인은 구동기 리턴 라인으로도 또한 언급되며, 전압 V_DD (295)에 연결된다. 시스템 (200A)의 다른 실시예 또는 본 명세서에서 나중에 설명되는 실시예에서, 상기 구동기 리턴 라인은 그라운드에 연결될 수 있을 것이다. 상기 게이트 구동 신호 S_D (227)는 전압 신호 또는 전류 신호일 수 있다. 상기 게이트 구동 신호 S_D (227)는 상이한 전도 경로들에 의해 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225) 각각의 상기 게이트들 (250, 270)로 연결된다. 결과적으로, 상기 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225) 각각의 게이트들 (250. 270)에서 상기 이미티 리턴 전압 V_EE (297)에 대해 양, 영 또는 음의 전압들 V_G1 (251) 및 V_G2 (271)이 존재한다. 게이트 구동기 (122)는 그래서 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225)을 내부의 그리고 외부의 전도로 제어한다. 분배 초크 (205)는 상기 게이트 구동기 (222) 및 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225) 사이에 연결된 것으로 도시된다. 일 실시예에서, 상기 분배 초크는 제1 권선 (207) 및 제2 권선 (209)을 구비한 결합된 인덕터 (coupled inductor)로서 도시된다. 보이는 예에서, 상기 분배 초크 (205)의 상기 제1 권선 (207) 및 상기 제2 권선 (209) 둘 모두의 한 말단은 게이트 구동기 출력 (224)에 연결된다. 상기 제1 권선 (207)의 다른 말단은 전력 스위치 Q1 (220)의 게이트에 연결되며 반면에 상기 제2 권선 (209)의 다른 말단은 전력 스위치 Q2 (225)에 연결된다. 더 논의될 것처럼, 상기 분배 초크 (205)는 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225)의 게이트 전류들 I_G1 (242), I_G2 (244)의 균형을 잡는 것을 가능하게 한다. 게이트 구동 신호 출력 (224)을 전력 스위치 Q1 (220)의 게이트 (250)에 연결하는 전도 경로는 도체들 (262, 272), 분배 초크 (205)의 제1 권선 (207), 게이트 구동 신호 도체 (235), 및 게이트 저항 R1 (245) 그리고 다른 도체들을 포함한다. 게이트 구동 신호 출력 (224)을 전력 스위치 Q1 (225)의 게이트 (270)에 연결하는 전도 경로는 도체들 (262, 282), 분배 초크 (205)의 제2 권선 (209), 게이트 구동 신호 도체 (240), 및 게이트 저항 R3 (265) 그리고 다른 도체들을 포함한다. 도 2a의 도시된 실시예는 이산 게이트 저항 구성으로 언급될 수 있을 것이며, 이는 상기 실시예가 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225) 각각의 게이트들에 연결된 개별적인 또는 이산 (discrete) 게이트 저항들 R1 (245), R3 (265)을 구비하기 때문이다. (도 2a에는 도시되지 않은) 공통 게이트 저항 구성으로서 언급되는 다른 실시예에서, 개별 게이트 저항들 R1 (245) 및 R3 (265)는 상기 전도 경로 (262) 내의 공통 게이트 저항으로 대체될 수 있을 것이다. 상기 공통 게이트 저항의 값은 상기 저항들 R1 (245) 및 R3 (265)의 병렬 조합의 유효 값일 수 있을 것이다.

동작에 있어서, 저항들 R1 (245) 및 R3 (265)을 구비한 이산 게이트 저항 구성에 대해, 상기 게이트 구동기 (222)가 바라보는 유효 게이트 저항값 REFF는 저항들 R1 (245) 및 R3 (265)의 병렬 조합의 등가 저항값과 실질적으로 동일한 값이거나 또는 (R1 (245)이 R3 (265)과 동일한 값을 가지는 경우인 전형적인 배치인 경우에) R1 (245)이나 R3 (265)의 값의 반을 가진다. 둘 보다 많은 전력 스위치들이 병렬화된 경우인 이산 게이트 저항 구성의 다른 예들에서, 상기 유효 게이트 저항값 REFF는 모든 개별 게이트 저항들의 병렬 조합과 실질적으로 동일한 값을 가질 수 있을 것이다. 일반적으로, RG가 개별 게이트 저항들 각각의 값이라고 하고 그리고 N은 병렬 구성에서 연결된 전력 스위치들의 전체 개수라고 가정하면, 상기 유효 게이트 저항 REFF 는 다음의 식에 의해 실질적으로 주어질 수 있으며, 이것은 모든 개별 게이트 저항이 동일한 값이라고 가정한 것이다.

[수학식 1]

비-동일한 개별 게이트 저항들이 사용되는 경우에는 다음의 식이 적용될 수 있을 것이며, 이것은 수학식 1을 특별한 경우로서 포함한다.

[수학식 2]

이전에 언급된 것처럼, 공통 게이트 저항 실시예 (도 2a는 도시되지 않음)에서, 상기 개별 게이트 저항들은 제거되고 그리고 수학식 1 또는 수학식 2에 의해 계산된 것과 같은 유효 게이트 저항 REFF와 동일한 값의 공통 게이트 저항이 도체 (262)에 의해 형성된 전도 경로들의 일부에서 대체될 수 있을 것이다. 그래서, 공통 게이트 저항 구성의 일 예에서, 상기 저항들 R1 (245)이나 R3 (265) 중 어느 하나가 상기 도체 (262)에 의해 형성된 전도 경로들의 일부에 위치한다면, 그것의 값은 R1 (245)이 R3 (265)와 같은 경우에 이산 게이트 구성에서 자신의 대응하는 값의 반과 실질적으로 동일할 것이다. 공통 게이트 저항 구성의 다른 예들에서, 둘 보다 많은 전력 스위치들이 병렬인 경우에, 상기 공통 게이트 저항은 대응하는 이산 게이트 저항 구성을 위해 상기 수학식 1 또는 수학식 2에 의해 계산된 상기 유효 게이트 저항값 REFF와 실질적으로 동일한 값을 가질 것이다.

분배 초크 (205)는 상기 분배 초크 (205)로부터의 전류들, 예를 들면, 전류들 I_G1 (242) 및 I_G2 (244)이 거의 동일하다는 것을 확실하게 하는 것을 돕기 위해 구성되고 연결된다. 도시된 예에서, 상기 전류 I_G1 (242)은 상기 제1 권선 (207)으로부터 제공된 전류이며, 반면에 상기 전류 I_G2 (244)는 상기 제2 권선 (209)으로부터 제공된 전류이다. 도트 마킹들에 의해 보이는 것처럼, 상기 제1 권선 및 제2 권선은 차동 모드에서 상기 전도 경로들에서 연결되어, 상기 권선들이 상기 분배 초크 (205)에 진입하는 전류들에게, 그 전류들이 동등할 때에는 상대적으로 낮은 임피던스를 제시하도록 하지만, 그 전류들이 동등하지 않을 때에 상대적으로 높은 임피던스를 제시하도록 한다. 다른 말로 하면, 상기 분배 초크는 그 분배 초크 (205)에 진입하는 전류들 사이의 차이들에게 상대적으로 높은 임피던스를 제시한다.

시스템 (200A)의 실제-세계의 구현에서, 상기 분배 초크 (205)는 상기 게이트 구동 신호 출력단 (224)로부터 수 cm (예를 들면, 20 cm)의 거리에 배치될 수 있다. 특히, 상기 게이트 구동 신호 출력단 (224)은 상기 전력 스위치 Q1 (220), Q2 (225) 둘 모두를 위한 전류를 노드 (277)로 전도하는 도체 (262)에 연결된다. 상기 노드 (277) 이후에, 전력 스위치 Q1 (220)으로 향하는 전류는 도체 (272)를 따라 흐르고 그리고 전력 스위치 Q2 (225)으로 향하는 전류는 도체 (282)를 따라 흐른다. 일반적으로, 상기 도체들 (272 및 282)이 동일한 물리적 특성들을 가지며 그리고 유사한 임피던스를 제공하도록 재단되는 것이 바람직할 수 있을 것이지만, 상기 분배 초크 (205)로 인해 필수적이지는 않을 수 있다. 상기 분배 초크 (205) 때문에, 상기 분배 초크 (205)로부터의 전류들 I_G1 (242) 및 I_G2 (244)는 거의 동일하며 그리고 각각 도체들 (235, 2400을 통해서 이동한다. 전류들 I_G1 (242), I_G2 (244)은 각자의 게이트 저항 R1 (245), R3 (265)을 통해서 흘러서, 각각 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225)의 게이트들 (250, 260)로 각각 전압들 V_G1 (251), V_G2 (271)로 바이어스 건다.

일반적으로, 실제 세계에서의 구현에서, 도체들 (235, 240), 게이트 저항들 R1 (245), R3 (265), 그리고 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225)을 더욱 더 동일하게 만드는 것은 도체들 (272 및 282)을 더욱 더 동일하게 만드는 것보다 더 어렵다. 이 이유를 위해, 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225) 각각의 게이트들 (250, 270)에서 상기 전압들 V_G1 (251), V_G2 (271) 사이의 차이들에게 잠재적으로 상승을 줄 수 있을 기생 및 다른 상호작용들의 대부분은 상기 분배 초크 (2050 및 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225) 사이에서 발견된다. 예를 들면, 상기 분배 초크 (205) 및 게이트 저항들 R1 (245), R3 (265) 사이의 도체들 (235, 240) 사이의 길이들은 보통은 도체들 (272, 282) 각자의 길이들보다 더 크다. 더욱이, 도체들 (235 및 272)의 길이들 사이의 차이는 도체들 (240 및 282)의 길이들 사이의 차이보다 더 크다. 상기 분배 초크 (205)에서 나가는 전류들 I_G1 (242) 및 I_G2 (244)가 거의 동일하다는 것을 보장함으로써, 분배 초크 (205)는 그런 차이들의 영향을 최소화하며 그리고 상기 스위칭 과도현상들의 타이밍 행동을 균등화하고, 게이트 전압들을 균등화하고, 그리고 부하 전류들을 균등화함으로써 IGBTs, Q1 (220), Q2 (225)의 스위칭이 대칭적이라는 것을 보장하는 것을 돕는다. 이것은 상기 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225) 사이에서의 균형이 잡힌 스위칭 특성들 (타임 및 손실들을 포함한다)로 이끈다. 더욱이, 상기 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225)을 냉각시키는 것이 최적화될 수 있으며 그리고 상기 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225)의 활용이 증가될 수 있다.

상기 게이트 구동기 (222)는 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225)의 게이트들을 구동하기 위해 단일의 게이트 구동 신호를 출력하는 공통 구동기이다. 일반적으로, 이 단일의 게이트 구동 신호는 비대칭적인 펄스들로 상기 전력 스위치들을 턴 오프 및 턴 온할 수 있으며 그리고 상기 전력 스위치들의 게이트 전압들을 "푸시-업 (push-up)"하고 "풀-다운 (pull-down)"하는 두 가지 모두를 할 수 있다. 일반적으로, 게이트 구동기 (222)는 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225)의 스위칭 타이밍의 특징이 있는 타이밍 또는 제어 신호(들) (예를 들면, 펄스 폭 변조 신호들)을 수신하기 위한 하나 또는 그 이상의 입력단들 (도 2a에는 도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 그 타이밍 신호들은 일련의 주기들 내에서 상기 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225)에 의한 전류 전도의 지속 시간을 변조한다 (즉, 펄스 폭 변조). 상기 출력된 게이트 구동 신호 S_D (227)는 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225)을 제어하기에 적합한다. 예를 들면, 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225)의 게이트 전류들은 원하는 속도에서 캐리어들을 상기 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225)의 게이트 구역으로 그리고 그 구역 밖으로 움직이도록 하기 위해 충분하게 커야만 한다. 상기 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225)을 스위칭하기 위한 구동기들은 상기 전력 스위치 이미터 (소스)에 대해 예를 들면 +/-10 볼트 또는 +/- 15 볼트 사이의 게이트 구동 신호들을 출력한다.

시스템 (200A)의 도시된 구현에서, 각 전력 스위치 Q1 (220), Q2 (225)는 전력 스위치 Q1 (220), Q2 (225)의 각 이미터와 상기 전압 V_EE (297) 사이에 연결된 이미터 리턴 라인을 가진다. 또한, 저항들 R2 (292), R4 (294)은 상기 전력 스위치들 Q1 (220), Q2 (225) 각각의 이미터들 그리고 상기 게이트 구동기 리턴 라인 (295) 사이에 연결된다. 저항들 R2 (292), R4 (294)은, 리턴 라인 저항들 R2 (292), R4 (294)로 또한 언급되며, 전력 스위치 Q1 (220), Q2 (225) 각자의 이미터들 (소스들) 사이에서의 흐름으로부터의 전류들을 억제하기 위해 선택된 저항값을 가진다. 일반적으로, 리턴 라인 저항들 R2 (292) 및 R4 (294)은 상기 게이트 저항들의 일부일 수 있으며 그리고 게이트 전류들 I_G1 (242) 및 I_G2 (244)에도 또한 영향을 미칠 수 있다. 리턴 라인 임피던스들 사이에서의 차이들과 같은 리턴 라인에서의 차이들은 상기 분배 초크 (205)에 의해 또한 보상된다.

도 2b는 시스템 (200B)의 개략적인 모습이며, 이 시스템은 공통 컬렉터 (드레인) 전압 V_CC (293)을 스위치하기 위해 병렬로 연결된 전압-제어 IGBT의 한 쌍, 즉, Q1 (220), Q2 (225)와 함께 분배 초크 (205)를 사용하는 시스템의 다른 예이다. 전력 스위치 Q1 (220), Q2 (225) 둘 모두의 컬렉터들은 양의 공급 레일 전압 V_CC (293)에 함께 연결된다. IGBTs인 Q1 (220), Q2 (225) 둘 모두의 에미터들은 에미터 리턴 라인들로 또한 언급되며, 음의 공급 레일 전압 V_EE (297)에 함께 연결된다. 상기 IGBT 구동기 (222)는 도 2a에 도시된 게이트 구동기 (222)와 유사한 방식으로 동작한다. 상기 IGBT 구동기 (222)의 리턴 라인은 전압 V_DD (295)에 연결된다. 도 2b는 상기 설명된 본 발명이 전력 스위치들로서 IGBTs와 함께 어떻게 사용될 수 있는가를 예시하는 목적을 위해서 포함되었다. 시스템 (200B)의 모든 회로 요소들은 도 2a에 도시된 시스템 (200A)과 동일한 방식으로 기능하고 연결된다.

분배 초크 (205)를 연결하는 것의 유리함들의 개략적인 예시가 본 발명의 교시들에 따른 스코프 캡처들 300A, 300B, 300C, 300D, 300E, 300F, 300G, 및 300H (도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 3d, 도 3e, 도 3f, 도 3g, 및 도 3h)에서 도시된다

도 3a, 3c, 3e, 및 3g는 분배 초크를 구비하지 않은 공통 게이트 구동기에 의해 병렬화된 IGBTs의 쌍의 스위칭을 도시한 스코프 캡처들 300A, 300C, 300E, 및 300G 이다. 스코프 캡처 300A는 트레이스들 (320 및 322)을 포함한다. 스코프 캡처 300C는 트레이스들 (325 및 327)을 포함한다. 스코프 캡처 300E는 트레이스들 (330 및 332)을 포함한다. 스코프 캡처 300G는 트레이스들 (325 및 327)을 포함한다. 스코프 캡처 300A, 300C, 300E, 300G는 x-축 (310) 및 y-축 (315)을 포함한다. x-축 (310)에 따른 위치는 시간을 표시한다. y-축 (315)에 따른 위치는, 관련된 트레이스에 종속하여, 전류 또는 전압 중 어느 하나의 크기를 나타낸다. 비록 x-축 (310)에 따른 시간 스케일이 도시된 모든 트레이스들에 대해 동일하지만, y-축 (315)에 따른 전류 또는 전압의 스케일은 상이한 트레이스들에 대해서 변할 수 있다.

도 3b, 3d, 3f, 및 3h는 도 2b에 도시된 것처럼 분배 초크를 구비한 공통 게이트 구동기에 의해 병렬화된 IGBTs의 쌍의 스위칭을 도시한 스코프 캡처들 300B, 300D, 300F, 및 300H 이다. 스코프 캡처 300B는 트레이스들 (360 및 362)을 포함한다. 스코프 캡처 300D는 트레이스들 (365 및 367)을 포함한다. 스코프 캡처 300F는 트레이스들 (370 및 372)을 포함한다. 스코프 캡처 300H는 트레이스들 (375 및 377)을 포함한다.

도 3a는 참조번호 320 및 322의 트레이스들을 포함한다. 참조번호 320의 트레이스는 온-상태로부터 오프-상태로의 전이 (transition) 동안에 전력 스위치들의 쌍 중 첫 번째의 게이트 및 이미터 사이에서의 전위차 V_GE1을 나타낸다. 참조번호 322의 트레이스는 온-상태로부터 오프-상태로의 전이 동안에 전력 스위치들의 쌍 중 두 번째의 게이트 및 이미터 사이에서의 전위차 V_GE2을 나타낸다. 몇몇의 구현들에서, V_GE1 및 V_GE2는 여기에서 도시된 것처럼 +15 볼트 및 -10 볼트 대신에 대략적으로 +/- 15 볼트 사이의 범위일 수 있다. 다른 양 및 음의 게이트 전압들이 실제 세계의 애플리케이션들에서 또한 가능하다 (예를 들면, +20 볼트/0 볼트, +18 볼트/-6 볼트).

알 수 있는 것처럼, 트레이스들 (320, 322) 둘 모두는 온-상태에서의 동일한 상대적으로 더 높은 전위차로부터 오프-상태에서의 동일한, 거의 고정된 상대적으로 낮은 전위차로 전이한다. 그러나, 상기 전력 스위치들 중 첫 번째의 게이트 및 이미터 V_GE1 그리고 상기 전력 스위치들 중 두 번째의 V_GE2 사이의 차이는 0이 아니며, 즉, V_GE1 및 V_GE2는 상기 전이 구간 동안에 동일하지 않다. 이것은 개별 전력 스위치들의 전도 경로들에서의 상이한 임피던스에 의해 초래된 것이며, 상이한 게이트 전류들 I_G1 및 I_G2의 결과를 가져온다. 도 3c는 게이트 전류들 I_G1 및 I_G2를 트레이스들 (325 및 327)로서 각각 도시한다. 참조번호 325의 트레이스는 온-상태로부터 오프-상태로의 전이 동안에 전력 스위치들의 쌍 중 첫 번째 전력 스위치의 게이트 전류 I_G1을 나타낸다. 참조번호 327의 트레이스는 온-상태로부터 오프-상태로의 전이 동안에 전력 스위치들의 쌍 중 두 번째의 게이트 전류 I_G2를 나타낸다. 상기 전이의 끝에서 V_GE1 및 V_GE2는 실질적으로 동일하며, 턴-오프 스위칭 이벤트가 끝나는 것을 표시한다. 도 3c의 트레이스들 (325, 327)에서 알 수 있는 것처럼, 게이트 전류들 I_G1, I_G2 둘 모두는 온-상태에서 거의 0에서 시작한다. 그러나, 상기 전이 과정 동안에, 게이트 전류들 I_G1, I_G2는 동일하지 않다. 게이트 전류 I_G1 및 게이트 전류 I_G2 사이의 차이들은 게이트 커패시턴스 및 전력 스위치들의 다른 특성들, 상기 게이트 구동 신호 도체들의 길이들, 위치들, 및 물리적인 속성들, 상기 게이트 저항들의 저항값 및 유사한 것의 완벽하지 않은 매칭의 결과이다. 다른 말로 하면, 스위치들 둘 모두에 대한 게이트 루프 임피던스는 졍확하게 동일하지 않다. 몇몇의 다른 실시예들에서, 제1 및 제2 전력 스위치에 대한 게이트 전류들의 피크 값들은 50 암페어까지의 값들일 수 있다.

도 3e는 참조번호 330 및 332의 트레이스들을 포함한다. 참조번호 330의 트레이스는 온-상태로부터 오프-상태로의 스위칭 동안에 IGBTs의 쌍 중 첫 번째의 컬렉터 (드레인) 및 이미터 (소스) 사이의 전위차 V_CE1을 나타낸다. 참조번호 332의 트레이스는 더욱 전도성인 온-상태로부터 덜 전도성인 오프-상태로의 스위칭 동안에 IGBTs의 쌍 중 두 번째의 컬렉터 (드레인) 및 이미터 (소스) 사이의 전위차 V_CE2를 나타낸다. 몇몇의 구현들에서, V_CE1 및 V_CE2는 수백 볼트 또는 그 이상일 수 있다. 볼 수 있는 것처럼, 트레이스들 (330, 332) 둘 모두는 온-상태에서 동일하게 상대적으로 낮은 전위차로부터 오프-상태에서 동일하게 상대적으로 높은 전위차로 전이한다. 그러나, 상기 IGBTs 중의 첫 번째의 컬렉터 및 이미터 사이의 전위차 V_CE1은 상기 IGBTs 중의 두 번째의 컬렉터 및 이미터 사이의 전위차 V_CE2 이전에 상승하기 시작한다. 전위차에서의 이 이른 증가는 상기 IGBTs 중의 첫 번째가 상기 IGBTs 중의 두 번째보다 더욱 빠르게 턴 오프되는 것과 연관된다.

도 3g는 참조번호 335 및 337의 트레이스들을 포함한다. 참조번호 335의 트레이스는 온-상태로부터 오프-상태로의 전이 동안에 IGBTs의 쌍 중 첫 번째의 이미터 전류 I_E1을 나타낸다. 참조번호 337의 트레이스는 온-상태로부터 오프-상태로의 전이 동안에 IGBTs의 쌍 중 두 번째의 이미터 전류 I_E2를 나타낸다. 몇몇의 구현들에서, I_E1 및 I_E2는 대략적으로 수천 암페어 이상일 수 있다.

볼 수 있는 것처럼, 트레이스들 (335 및 337) 둘 모두가 온-상태에서 안정된 또는 거의 같은 값에서 시작한다. 상기 전이 과정 동안에, 상기 병렬 전력 스위치들의 이미터 전류들 I_E1 및 I_E2는 같지 않다. I_E1 및 I_E2 사이의 차이는 상기 관련된 IGBTs의 동일하지 않은 게이트 스위칭으로 인한 것이다. 온-상태로부터 오프-상태로의 상기 IGBTs의 스위칭 동안에 이미터 전류 I_E1의 크기는 감소하며, 반면에 이미터 전류 I_E2의 크기는 증가한다.

트레이스들 300B, 300D, 300F, 및 300H는 x-축 (350) 및 y-축 (355)을 포함한다. x-축 (350)에 따른 위치는 시간을 표시한다. y-축 (355)에 따른 위치는, 관련된 트레이스에 종속하여, 전류 또는 전압 중 어느 하나의 크기를 나타낸다. 비록 x-축 (350)에 따른 시간 스케일이 도시된 모든 트레이스들에 대해 동일하지만, y-축 (355)에 따른 전류 또는 전압의 스케일은 상이한 트레이스들에 대해서 변한다. 비교를 위해서, x-축들 (310, 315)에 따른 시간 스케일들은 동일한 것으로 간주된다. 또한, y-축들 (315 및 355)에 따른 전류 스케일들 또는 전압 스케일들은 대응하는 트레이스들에 대해 동일하다.

도 3b는 도 2b에 도시된 것처럼 연결된 IGBTs의 쌍의 게이트-대-이미터 전위차들을 나타내는 참조번호 360 및 362의 트레이스들을 포함한다. 참조번호 360의 트레이스는 온-상태로부터 오프-상태로의 스위칭 동안에 IGBTs의 쌍 중 첫 번째의 게이트 및 이미터 사이의 전위차 V_GE1을 나타낸다. 참조번호 362의 트레이스는 온-상태로부터 오프-상태로의 스위칭 동안에 IGBTs의 쌍 중 두 번째의 게이트 및 이미터 사이의 전위차 V_GE2를 나타낸다. 몇몇의 구현들에서, V_GE1 및 V_GE2는 트레이스들 300A 및 300B에서 도시된 것처럼 +15 볼트 및 -10 볼트 대신에, 대략적으로 +/- 15 볼트 사이의 범위일 수 있다. 스코프 캡처 300B에서 도시된 것처럼, 참조번호 360의 트레이스 및 참조번호 362이 트레이스는 온-상태에서 동일하게 상대적으로 높은 전위차로부터 오프-상태에서 동일한, 거의 일정한 상대적으로 더 낮은 전위차로 전이한다. 그러나, 스코프 캡처 300A (도 3a)에 비해, 상기 IGBTs 중의 첫 번째의 게이트 및 이미터 사이의 전위차 V_GE1은 상기 IGBTs 중의 두 번째의 게이트 및 이미터 사이의 전위차 V_GE2에 더욱 근접하게 매치된다. 스코프 캡처 300B로부터 볼 수 있는 것처럼, 상기 트레이스들 (360 및 362)은 실질적으로 겹친다. 이 더 근접한 매치는 분배 초크를 구비하지 않을 때보다 분배 초크를 구비할 때에 상기 IGBTs 중 첫 번째가 상기 IGBTs 중 두 번째와 더 잘 조정된다는 것을 나타낸다.

도 3d는 도 2b에 도시된 것처럼 연결된 IGBTs의 쌍의 게이트 전류들을 나타내는 참조번호 365 및 367의 트레이스들을 포함한다. 참조번호 365의 트레이스는 온-상태로부터 오프-상태로의 스위칭 동안에 IGBTs의 쌍 중 첫 번째의 게이트 전류 I_G1을 나타낸다. 참조번호 367의 트레이스는 온-상태로부터 오프-상태로의 스위칭 동안에 IGBTs의 쌍 중 두 번째의 게이트 전류 I_G2를 나타낸다. 스코프 캡처 300D에서 볼 수 있는 것처럼, 트레이스들 (365, 367) 둘 모두는 온-상태에서 일정한, 거의 0의 값에서 시작한다. 그러나, 스코프 캡처 300C (도 3c)에 비해, 게이트 전류 I_G1의 크기는 게이트 전류 I_G2의 크기에 더욱 근접하게 매치된다. 스코프 캡처 300D로부터 알 수 있는 것처럼, 상기 트레이스들 (365 및 367)은 실질적으로 겹친다. 게이트 전류 I_G1 그리고 게이트 전류 I_G2의 상기 더욱 근접한 매칭은 분배 초크를 구비하지 않은, 상기 게이트 커패시턴스 및 상기 IGBTs의 다른 특성들, 상기 게이트 구동 신호 도체들의 길이들, 위치들, 및 물리적인 속성들, 상기 게이트 저항들의 저항값 및 유사한 것의 동일하게 불완전한 매칭에도 불구하고 발생한다.

도 3f는 도 2b에서 보이는 것처럼 연결된 IGBTs의 쌍의 컬렉터-대-이미터 전위차들을 나타내는 참조번호 370 및 372의 트레이스들을 포함한다. 참조번호 370의 트레이스는 더욱 전도성인 온-상태로부터 덜 전도성인 오프-상태로의 스위칭 동안에 IGBTs의 쌍 중 첫 번째의 컬렉터 및 이미터 사이의 전위차 V_CE1을 나타낸다. 참조번호 372의 트레이스는 더욱 전도성인 온-상태로부터 덜 전도성인 오프-상태로의 스위칭 동안에 IGBTs의 쌍 중 두 번째의 컬렉터 및 이미터 사이의 전위차 V_CE2를 나타낸다. 스코프 캡처 300F에서 볼 수 있는 것처럼, 트레이스들 (370, 372) 둘 모두는 온-상태에서 동일하게 상대적으로 낮은 전위차로부터 오프-상태에서 동일하게 상대적으로 높은 전위차로 전이한다. 그러나, 스코프 캡처 300E에 비해, 상기 IGBTs 중 첫 번째의 컬렉터 및 이미터 사이의 전위차 V_CE1은 상기 IGBTs 중 두 번째의 컬렉터 및 이미터 사이의 전위차 V_CE2에 더욱 근접하게 매치된다. 스코프 캡처 300F로부터 알 수 있는 것처럼, 상기 트레이스들 (370 및 372)은 실질적으로 겹친다. 이 더욱 근접한 매치는 분배 초크를 구비하지 않은 경우보다 분배 초크를 구비한 IGBTs의 쌍의 첫 번째가 상기 IGBTs의 두 번째와 더욱 근접하게 동시에 턴 오프된다는 것을 표시한다.

도 3h는 도 2b에서 보이는 것처럼 연결된 IGBTs의 쌍의 이미터 전류들을 나타내는 참조번호 375 및 377의 트레이스들을 포함한다. 참조번호 375의 트레이스는 온-상태로부터 오프-상태로의 스위칭 동안에 IGBTs의 쌍 중 첫 번째의 이미터 전류 I_E1을 나타낸다. 참조번호 377의 트레이스는 온-상태로부터 오프-상태로의 스위칭 동안에 IGBTs의 쌍 중 두 번째의 이미터 전류 I_E2를 나타낸다. 몇몇의 구현들에서, I_E1 및 I_E2는 수백 암페어보다 더 클 수 있다. 스코프 캡처 300H에서, 트레이스들 (375, 377) 둘 모두는 온-상태에서 일정한, 거의 같은 값에서 시작한다. 그러나, 스코프 캡처 300G (도 3g)에 비해, 온-상태로부터 오프-상태로의 스위칭 도안에 이미터 전류 I_E1에서의 감소의 크기 그리고 이미터 전류 I_E2에서의 증가의 크기는 둘 모두 거의 같다. 스코프 캡처 300H에서 볼 수 있는 것처럼, 상기 트레이스들 (375 및 377)은 실질적으로 겹친다. 이것은 이미터 전류 공유가 향상된 것을 나타낸다.

도 4는 공통 컬렉터 (드레인) 전압 V_CC (493)을 스위치하기 위해 병렬로 연결된 세 개의 전압-제어 IGBT 스위치들 (즉, Q1 (420), Q2 (425), Q3 (430))과 함께 세 개의 분배 초크들 (405, 410, 415)을 사용하는 시스템 (400)의 개략적인 모습이다. 상기 세 개의 IGBTs Q1 (420), Q2 (425), 및 Q3 (430)의 컬렉터들은 상기 양의 공급 레인 전압 V_CC (493)에 함께 연결된다. 상기 세 개의 IGBTs Q1 (420), Q2 (425), 및 Q3 (430)의 이미터들은 또한 이미터 리턴 라인들로 또한 언급되며, 상기 음의 공급 레인 전압 V_EE (497)로 함께 연결된다. 시스템 (400)은 게이트 구동 신호 출력단 (424)에서 게이트 구동 신호 S_D (427)를 출력하는 게이트 구동기 (422)를 포함한다. 상기 게이트 구동기 (422)의 리턴 라인은 전압 V_DD (495)에 연결된다. 게이트 구동 신호 S_D (427)는 제1 전도 경로에 의해 전력 스위치 (420)의 게이트 (450)에 연결되며; 제2 전도 경로에 의해 전력 스위치 (425)의 게이트 (470)에 연결되며; 그리고 제3 전도 경로에 의해 전력 스위치 (430)의 게이트 (490)에 연결된다. 결과적으로, IGBTs Q1 (420), Q2 (425), Q3 (430)의 게이트들 (450, 470, 490) 각각에서, 이미터 리턴 전압 V_EE (497)에 대해 양, 0 또는 음인 세 개의 전압들 V_G1 (451), V_G2 (471), 및 V_G3 (491)이 존재한다. 게이트 구동기 (422)는 그래서 IGBTs Q1 (420), Q2 (425), Q3 (430)를 전도의 안으로 그리고 밖으로 구동한다.

분배 초크들 (405, 410, 415)은 게이트 구동기 (422) 및 전력 스위치들 Q1 (420), Q2 (425), Q3 (430) 사이에 연결된 것으로 도시된다. 한 예에서, 상기 분배 초크들 (405, 410, 415)은 결합된 인덕터들로 보여진다. 분배 초크 (405)는 제1 권선 (407) 및 제2 권선 (409)를 포함한다. 분배 초크 (410)는 제1 권선 (411) 및 제2 권선 (413)를 포함한다. 분배 초크 (415)는 제1 권선 (417) 및 제2 권선 (419)를 포함한다. 보여지는 예에서, 분배 초크 (405)의 제1 권선 (407) 및 제2 권선 (409) 둘 모두의 한 말단은 상기 게이트 구동기 출력단 (424)에 연결된다. 상기 제1 권선 (407)의 다른 말단은 상기 분배 초크 (410)의 제1 권선 (411)의 한 말단에 연결되며, 반면에 상기 분배 초크 (405)의 상기 제2 권선 (409)의 다른 말단은 상기 분배 초크 (415)의 제1 권선 (417)의 한 말단에 연결된다. 상기 초크 (410)의 상기 제2 권선 (413)의 한 말단은 상기 게이트 구동기 출력단 (424)에 연결된다. 상기 초크 (410)의 상기 제1 권선 (411)의 다른 말단은 상기 전력 스위치 Q1 (420)의 게이트에 연결된다. 상기 분배 초크 (410)의 상기 제2 권선 (413)의 다른 말단은 상기 분배 초크 (415)의 제2 권선 (419)의 한 말단에 연결된다. 상기 분배 초크 (415)의 상기 제1 권선 (417)의 다른 말단은 상기 전력 스위치 Q2 (425)의 게이트에 연결된다. 상기 분배 초크 (415)의 상기 제2 권선 (419)의 다른 말단은 상기 전력 스위치 Q3 (430)의 게이트에 연결된다. 더 설명될 것처럼, 상기 분배 초크들 (405, 410, 415)은 상기 전력 스위치들 Q1 (420), Q2 (425), Q3 (430)의 게이트 전류들 I_L3 (443), IL₅ (453), I_L6 (457)의 균형을 잡는 것을 가능하게 한다.

게이트 구동 신호 출력단 (424)을 IGBT Q1 (420)의 게이트 (450)에 연결시키는 전도성 경로는 다른 도체들만이 아니라, 상기 분배 초크들 (405, 410) 각각에서의 권선, 게이트 구동 신호 도체들 (435, 440) 그리고 게이트 저항 (445)을 포함한다. 게이트 구동 신호 출력단 (424)을 IGBT Q2 (425)의 게이트 (470)에 연결시키는 전도성 경로는, 다른 도체들은 물론이며, 상기 분배 초크들 (405, 415) 각각에서의 권선, 게이트 구동 신호 도체들 (455, 460) 그리고 IGBT Q2 (425)의 게이트 (470)로의 게이트 저항 (465)을 포함한다. 게이트 구동 신호 출력단 (424)을 IGBT Q3 (430)의 게이트 (490)에 연결시키는 전도성 경로는, 다른 도체들은 물론이며, 상기 분배 초크들 (410, 415) 각각에서의 권선, 게이트 구동 신호 도체들 (475, 480) 그리고 IGBT Q3 (430)의 게이트 (490)로의 게이트 저항 (485)을 포함한다.

분배 초크들 (405, 410, 415)은 각각 개별적으로 구성되며 그리고 존재하는 전류들의 각자의 쌍들 (즉, I_L1 (433) 및 I_L2 (437), I_L3 (443) 및 I_L4 (447), 또는 IL₅ (453) 및 I_L6 (457))이 거의 동일하다는 것을 보장하는 것을 돕기 위해 연결된다. 특히, 각 분배 초크 (405, 410, 415)는 단일 코어 상의 권선들의 쌍을 포함한다. 도트 마킹들에 의해 보이는 것처럼, 상기 권선들은 차동 모드에서 상기 전도 경로들에서 연결되며, 즉, 동일한 전류들에게는 상대적으로 낮은 임피던스를 제시하지만, 그 전류들 사이에서의 차이들에 대해서는 상대적으로 높은 임피던스를 제시한다. 그래서 모든 게이트 전류들 I_L1 (433), I_L2 (437), I_L3 (443), I_L4 (447), IL₅ (453) 및 I_L6 (457)은 실질적으로 동일하다.

이 개별 구성에 추가하여, 분배 초크들 (405, 410, 및 415)은 서로에게 연결되어, 상기 전류들 I_L1 (433), I_L2 (437), I_L3 (443), I_L4 (447), IL₅ (453) 및 I_L6 (457)이 거의 동일하다는 것을 보장한다. 특히, 분배 초크 (405)로부터의 전류 I_L1 (433)은 게이트 구동 신호 도체 (435)에 의해 분배 초크 (410)에 연결된다. 결국, 상기 분배 초크 (410)로부터의 전류들 I_L3 (443), I_L4 (447)은 거의 동일하다. 전류 I_L3 (443)은 게이트 구동 신호 도체 (440) 및 게이트 저항 (445)에 의해 IGBT Q1 (420)의 게이트 (450)에 연결된다. 또한, 분배 초크 (405)를 나가는 전류 I_L2 (437)은 전류 I_L1 (433)과 거의 동일하며, 그리고 게이트 구동 신호 도체 (455)에 의해 분배 초크 (415)로 연결된다. 분배 초크 (410)로부터의 전류 I_L4 (447)는 전류 I_L3 (443)과 거의 동일하며, 게이트 구동 신호 도체 (475)에 의해 분배 초크 (415)에 연결된다. 결국, 상기 분배 초크 (415)로부터의 전류들 IL₅ (453), I_L6 (457)은 거의 동일하다. 전류 IL₅ (453)는 게이트 구동 신호 도체 (460) 및 게이트 저항 (465)에 의해 전력 스위치 (425)의 게이트 (470)에 연결된다. 전류 I_L6 (457)은 게이트 구동 신호 도체 (480) 및 게이트 저항 (485)에 의해 IGBT Q3 (430)의 게이트 (490)에 연결된다. 결과적으로, 구동 신호 도체들 (440, 460, 480) 각각으로 연결된 상기 전류들 I_L4 (447), IL₅ (453), I_L6 (457)은 거의 동일하다. 상기 전류들 I_L4 (447), IL₅ (453), I_L6 (457)은 거의 동일하다는 것을 보장함으로써, 심지어 둘 보다 많은 전압-제어 전력 스위치들이 병렬화될 때에도 상기 분배 초크의 이익들이 얻어질 수 있다.

시스템 (400)의 실제 세계의 구현에서, 분배 초크들 (405, 410, 415)은 게이트 구동 신호 출력의 아주 근접함에서의 기계적인 이유들로 인해 널리 배치된다. 특히, 상기 게이트 구동 신호 출력 (424)은 IGBTs Q1 (420), Q2 (425), Q3 (430) 모두로 향하는 전류를 초크들 (405, 410, 415)로 전도하는 도체 (431)에 연결된다. 상기 초크 (405)는 도체 (435)에 의해 초크 (410)에 연결되며 그리고 초크 (405)는 도체 (455)에 의해 초크 (415)에 연결된다. 도체들 (431, 435, 및 455)은 기계적인 이유들로 인해서 길이에 있어서 동일하지 않은 것이 보통이며, 이것은 이 도체들이 상이한 임피던스들을 제공하는 결과가 된다. 분배 초크들 (405, 410, 415) 각각으로부터의 전류들 I_L3 (443), IL₅ (453), I_L6 (457)은 거의 동일하며 그리고 상대적으로 더 긴 도체들 (440, 460, 480)을 따라 그리고 각자의 게이트 저항들 (445, 465, 485)을 통해서 이동하여, IGBTs Q1 (420), Q2 (425), 및 Q3 (430) 각각의 게이트들 (450, 470, 490)에 바이어스를 건다. 상기 게이트 구동기 출력단 (424)으로부터 각 게이트 (450, 470, 490) 까지의 상이한 결과인 경로들의 결과로 생긴 상이한 임피던스들 (상이한 길이들인 도체들, 그런 도체들의 기생 인덕턴스들 및 커패시턴스들 그리고 그 전도 경로 내 다른 언급된 디바이스들로 인한 것임)은 상기 분배 초크들 (405, 410, 415)에 의해 거의 보상된다.

IGBTs Q1 (420), Q2 (425), Q3 (430)의 게이트들 (450, 470, 490) 각각에 인가된 전압들 V_G1 (451), V_G2 (471), V_G3 (491) 사이의 차이들에 대한 상승을 잠재적으로 줄 수 있는 기생 및 다른 상호 작용들 대부분은 분배 초크들 (405, 410, 415) 및 게이트들 (450, 470, 490) 각각의 사이에서 발견된다. 예를 들면, 도체들 (440, 460, 480)의 길이들 사이에서의 차이는 게이트 구동 신호 출력 (424) 및 분배 초크들 (405, 410, 415) 사이에서보다 분배 초크들 (405, 410, 415) 및 게이트들 (450, 470, 490) 사이에서 더 큰 것이 보통이다. 다른 예에서, 게이트 저항들 (445, 465, 485)의 저항값들에서의 어떤 차이는 게이트 구동 신호 출력 (424) 및 분배 초크들 (405, 410, 415) 사이에서보다는 분배 초크들 (405, 410, 415) 및 게이트들 (450, 470, 490) 사이에서 발견된다. 전류들 I_L1 (433), I_L2 (437), I_L3 (443), I_L4 (447), IL₅ (453) 및 I_L6 (457)이 거의 일치한다는 것을 보장함으로써, 분배 초크들 (405, 410, 415)은 IGBTs Q1 (420), Q2 (425), 및 Q3 (430) 각각의 스위칭 동안에 그런 차이들의 영향을 최소화한다.

도 2a에 관하여 이전에 설명된 것처럼, 상기 게이트 저항들 (445, 465, 485)은 (저항들 (445, 465 및 485)이 디폴트로 동일한 값을 가질 때에) 저항 (445)의 값의 3분의 1을 가지는 단일 저항에 의해 또한 대체될 수 있을 것이다. 이 단일 저항은 게이트 구동기 (422) 및 초크들 (405, 410, 415) 중 어느 하나 사이의 도체 (431)를 포함하는 전도 경로의 일부에 위치될 수 있을 것이다.

게이트 구동기 (422)는 다중의 전력 스위치들의 게이트들을 구동하기 위해 단일 게이트 구동 신호를 출력하는 공통 구동기이다. 일반적으로, 이 단이르 게이트 구동 신호는 비대칭 펄스로 상기 전력 스위치들을 턴 오프 및 턴 온할 것이며, 그리고 상기 게이트 전압들을 "푸시-업 (push-up)"하고 "풀-다운 (pull-down)"하는 두 가지 모두를 할 것이다.

일반적으로, 게이트 구동기 (422)는 전력 스위치들이 스위치될 시점들이라는 특징이 있는 타이밍 제어 입력들 또는 제어 신호(들)를 수신하기 위한 하나 또는 그 이상의 하나 또는 그 이상의 입력단들 (도시되지 않음)을 포함한다. 일반적으로, 그 신호들은 일련의 주기들 내에서 상기 전력 스위치들에 의한 전류 전도의 지속 시간을 변조한다 (즉, 펄스 폭 변조). 상기 출력된 게이트 구동 신호는 IGBTs Q1 (420), Q2 (425) 및 Q3 (430)를 스위칭하기에 적합한다. 예를 들면, IGBTs Q1 (420), Q2 (425), 및 Q3 (430)에서의 게이트 전류들은 원하는 속도에서 캐리어들을 게이트 구역으로 그리고 그 구역 밖으로 이동시키기 위해 충분하게 커야만 한다. IGBTs를 스위칭하기 위한 공통 구동기들은 게이트 및 이미터 사이에서 +/- 15 볼트 사이의 전압들의 게이트 구동 신호들을 출력하는 것이 일반적이다. 실제 세계 애플리케이션들에서, 상기 게이트 구동 신호 전압들은 +15 볼트 / -10볼트, +20 볼트 /0 볼트, 및 +18 볼트 /-6 볼트와 같은 다른 양의 값 및 음의 값을 또한 가질 수 있을 것이다.

몇몇의 예들에서, 게이트 저항들 (445, 465, 485)은, 예를 들면, di/dt 유도 전압 스파크 발생, 진동 등을 줄이거나 막기 위해 치수가 정해진 저항을 구비한다. 예를 들면, 게이트 저항들 (445, 465, 485)은 0.1 내지 수 옴의 범위에 있는 것이 일반적이다. 일반적으로, 게이트 저항들 (445, 465, 485)은 매우 엄격한 공차로 매칭된다.

도시된 예에서, 상기 이미터 리턴 라인들은 전압 V_DD (495)에 연결된다. 시스템 (400)의 다른 실시예에서, 상기 리턴 라인들은 그라운드에 연결될 수 있을 것이다. 또한, 저항들 R2 (492), R4 (494), R6 (496)은 전력 스위치들 Q1 (420), Q2 (425), Q3 (430) 각각의 이미터들 및 상기 게이트 구동기 리턴 라인 사이에 연결된다. 저항들 R2 (492), R4 (494), R6 (496)은 리턴 라인 저항들로 또한 언급되며, 전력 스위치들 Q1 (420), Q2 (425), Q3 (430)의 각자의 이미터들 (소스들) 사이에서의 흐름으로부터의 전류들을 억제하기 위해 선택된 저항값을 가진다. 상기 이미터 리턴 라인들에서의 차이들, 그래서, 상기 이미터 리턴 라인 임피던스들에서의 차이들은 상기 분배 초크들 (405, 410, 415)에 의해 또한 보상된다. 일반적으로, 이미터 리턴 라인 저항들 (492, 494, 496)은 매우 엄격한 공차들로 매칭된다.

도 5는 공통 컬렉터 (드레인) 전압 V_DD (593)를 스위치하기 위해 임의 수 'N'개의 전압-제어 IGBTs을 병렬화하기 위해 'N'개 분배 초크들을 이용하는 시스템 (500)의 개략적인 모습이다. 도 5는 본 발명의 교시들에 따른 이산 (discrete) 게이트 저항 실시예를 나타낸다. 예시된 것처럼, 모든 IGBTs의 컬렉터들은 양의 공급 레일 전압 V_CC (593)에 함께 연결된다. 모든 IGBTs의 이미터들은 이미터 리턴 라인들로 또한 언급되며, 음의 공급 레일 전압 V_EE (497)에 함께 연결된다. 시스템 (500)은 게이트 하이 (high) 신호 출력단 (524)에서 게이트 하이 신호 G_H를 그리고 게이트 로우 (low) 신호 출력단 (526)에서 게이트 로우 신호 G_L을 출력하는 비대칭 게이트 구동기 (522)를 포함한다. 상기 게이트 구동기 (522)의 리턴 라인은 전압 V_DD (595)에 연결된다. 상기 게이트 하이 신호 G_H는 상기 게이트 전압들을 "푸시-업"하고 그리고 상기 전력 스위치들을 온-상태로 구동하기에 실질적으로 충분한 크기를 가진다. 상기 게이트 로우 신호 G_L은 상기 게이트 전압들을 "풀-다운"하고 그리고 상기 전력 스위치들을 오프-상태로 구동하기에 충분한 크기를 가진다. 게이트 하이 신호 G_H는 제1 저항 R_H (528)에 의해 도체 (527)에 연결된다. 게이트 로우 신호 G_L은 제2 저항 R_L (532)에 의해 도체 (527)에 연결된다. 도체 (527)는 다중의 분배 초크들, 게이트 구동 신호 도체들, 및 게이트 저항들에 의해 각자의 전력 스위치들의 게이트들에 결국 연결된다. 결과적으로, IGBTs Q1, Q2, ... Q(N-1), QN의 게이트들에 전압들 V_G1, V_G2, ., V_G(N-1), V_GN이 존재한다. 게이트 구동기 (522)는 그래서 다중의 IGBTs를 안으로 그리고 밖으로의 전도를 제어한다.

분배 초크들 L1, L2, .., L(N-1), LN은 게이트 구동기 (522) 및 IGBTs Q1, Q2, .., Q(N-1), QN 사이에 연결된 것으로 도시된다. 일 예에서, 분배 초크들 L1, L2, .., L(N-1), LN 각각은 제1 권선 및 제2 권선을 구비한 결합된 인덕터로서 보인다. 또한, 각 권선은 제1 말단 및 제2 말단을 구비한 것으로 보인다. 도시된 예에서, 초크 L1의 제1 권선 및 제2 권선 둘 모두의 제1 말단들은 게이트 구동기 출력단 (527)에 연결된다. 상기 제1 권선의 제2 말단은 마지막 초크 LN의 제2 권선의 제1 말단에 연결된다. 상기 초크 L1의 제2 권선의 제2 말단은 상기 제2 초크 L2의 제1 권선의 제1 말단에 연결된다. 모든 중간 초크들 L2 내지 L(N-1)에 대해, 제1 권선의 제1 말단은 이전 초크의 제2 권선의 제2 말단에 연결된다; 제1 권선의 제2 말단은 대응하는 전력 스위치의 게이트에 연결된다; 제2 권선의 제1 말단은 게이트 구동기 출력단 (527)에 연결되며, 그리고 제2 권선의 제2 말단은 다음의 초크의 제1 권선의 제1 말단에 연결된다. 이제 마지막 초크 LN을 참조하면, 제1 권선의 제1 말단은 권선 L(N-1)의 제2 말단에 연결된다; 제1 권선의 제2 말단은 전력 스위치 QN의 게이트에 연결된다; 제2 권선의 제1 말단은 초크 L1의 제1 권선의 제2 말단에 연결된다; 그리고 제2 권선의 제2 말단은 IGBT Q1의 게이트에 연결된다. 그처럼 분배 초크들을 연결하는 것은 본 명에서의 목적들을 위한 섞어짜는 (interwoven) 커플링으로 언급될 수 있다.

상기 N 개의 분배 초크들 각각은 그 초크들로부터의 각각의 전류들이 거의 동일하다는 것을 보장하기 위해 개별적으로 구성된다. 위에서 언급된 섞어짜는 커플링의 결과, 구동 신호 도체들로 연결된 전류들은 거의 동일하며 그리고 분배 초크의 이점들은 심지어 N 개의 전압-제어 전력 스위치들이 병렬화될 때에도 달성될 수 있다.

일 예에서, 시스템 (500)은 펄스 폭 변조 신호를 게이트 구동기 (522)에게 제공하는 PMW 입력 유닛 (536)을 포함한다. 상기 펄스 폭 변조 신호는 상기 IGBTs가 스위치될 시점들이라는 특징을 가진다.

도 6은 공통 컬렉터 (드레인) 전압 V_CC (693)을 스위치하기 위해 임의 숫자인 'N'개의 전압-제어 IGBTs를 병렬화하기 위해 'N'개의 분배 초크들을 이용하는 다른 시스템 (600)의 개략적인 모습이다. 도시된 것처럼 IGBTs 모두의 컬렉터들이 양의 공급 레일 전압 V_CC (693)에 함께 연결된다. 모든 IGBTs의 이미터들은 이미터 리턴 라인들로 또한 언급되며, 음의 공급 레일 전압 V_EE (697)로 함께 연결된다. 상기 게이트 구동기 (622)의 리턴 라인은 전압 V_DD (695)에 연결된다.

분배 초크들 L1, L2, .., L(N-1), LN은 게이트 구동기 및 IGBTs Q1, Q2, .., Q(N-1), QN 사이에 연결된 것으로 도시된다. 일 예에서, 상기 분배 초크들 L1, L2, .., L(N-1), LN 각각은 제1 권선 및 제2 권선을 구비한 결합된 인덕터로서 보여진다. 또한, 각 권선은 제1 말단 및 제2 말단을 가진 것으로 보여진다. 상기 게이트 구동기 (622), 분배 초크들 L1, L2, .., L(N-1), LN, 그리고 IGBTs Q1, Q2, .., Q(N-1), QN은 도 5에 관해 설명된 것처럼 섞어짜서 커플링된다.

도 6은 본 발명의 교시들에 따른 공통 게이트 저항을 나타낸다. 상기 시스템 (500)에 대비하면, 참조번호 600의 시스템은, 각각이 전력 스위치의 각자의 게이트에 연결된 게이트 저항들의 컬렉션을 포함하지 않는다. 오히려, 시스템 (600)은, 각 연결된 전력 스위치 Q1, Q2, ., Q(N-1), 및 QN에 대해 원하는 게이트 전류들을 제공하기 위해 치수가 정해진 제1 저항 R_H (628) 및 제2 저항 R_L (632)을 포함한다. 다른 예에서, 상기 제1 저항 R_H (628) 및 제2 저항 R_L (632)은, 예를 들면, di/dt 유도 전압 스파크 발생, 진동 등을 줄이거나 막기 위해 치수가 정해질 수 있을 것이다. 예를 들면, 저항들 R_H (628), R_L (632)은 0.1 내지 수 옴의 범위 내에 존재하는 것이 일반적이다.

이전에 설명된 것처럼, 병렬화된 전력 스위치들의 전형적인 구성에서, 큰 부하 전류 불균형들이 존재할 수 있을 것이다. 상기 분배 모드 초크들로 인해서, 상기 전력 스위치들의 게이트들, 출력단, 및 게이트 구동기들 사이에서의 부하 전류들 순환의 실질적인 부분들은 균형이 잡힐 수 있다. 상기 부하 전류 불균형들을 최적화하기 위한 몇몇의 다른 공통적인 해결책들은 DC-링크 및 AC-링크 구조들의 기계적인 최적화, 그리고 IGBTs의 이미터 경로들에 저항들을 배치하는 것을 또한 포함할 수 있을 것이다.

본 발명의 한 모습에서, 스위칭 전이들 동안에 IGBTs의 게이트 전압들의 균형을 잡기 위해 게이트 구동 회로에 커패시턴스들이 연결될 수 있을 것이다. 그 커패시턴스들은 상기 분배 모드 초크들을 구비하여 또는 구비하지 않고 사용될 수 있다. 일 예에서, 상기 커패시턴스들은 상기 IGBTs의 게이트들에 연결될 수 있다. 비 방식에서 연결된 커패시턴스들은 본 명세서의 목적을 위해 게이트 커패시턴스들로 언급될 수 있다. 추가로, 위에서 설명된 병렬화된 IGBTs들의 구성에서 게이트 커패시터들을 사용하는 것은, 본 명세서의 목적을 위해 용량성 클램핑 (capacitive clamping)으로 언급될 수 있다. 동작에 있어서, 상기 병렬 IGBTs의 개별 게이트들의 전이 게이트 전압들이 동등하지 않다면, 그러면 평형의 상태에 도달될 때까지 상기 게이트 커패시터들을 통한 변위 전류 (displacement current)가 존재할 수 있을 것이다. 게이트 커패시터들을 사용하는 것은 밀러 (Miller)-커패시턴스들의 효과로부터 비롯된 순환 전류들을 또한 감소시킬 수 있다. 일반적으로, 공통 게이트 구동기 및 분배 모드 초크들에 의해 구동된 병렬 전력 스위치들의 구성에서, 게이트 커패시턴스드을 추가하는 것은 실제의 게이트 전압들을 더욱 효과적으로 균형을 잡게 하는 것을 실질적으로 가능하게 한다. 일반적으로, 분배 모드 초크들 및 게이트 커패시터들 두 가지 모두가 사용된 병렬 전력 스위치 구성들에서, 상기 분배 모드 초크들은 상기 게이트 구동기로부터의 게이트 전류들을 실질적으로 균형을 잡을 수 있을 것이며; 반면에 상기 게이트 커패시터들은 상기 IGBTs의 게이트 전압을 실질적으로 균형을 잡을 수 있을 것이다. 그처럼, 상기 전력 모듈의 전반적인 부하 전류 균형이 향상될 수 있다. 게이트 커패시터들을 추가하는 것은 도 5 또는 도 6에 도시된 것처럼 여러 전력 스위치들이 병렬로 연결될 때에 특히 유리하다.

게이트 커패시터들을 추가하는 것은 전력 반도체들 또는 전력 반도체 모듈들 및 밀러 커패시턴스들을 근접 자기 결합 (close magnetic coupling)하는 것으로부터 비롯된 순환 전류들을 회피하는 것을 도울 수 있다. 본 발명의 또 다른 모습에서, 상기 용량성 클램프들에 저항들이 또한 연결될 수 있다. 그 저항들은 상기 게이트 전압들이 동등하지 않은 경우에 전류가 흐르는 것을 가능하게 할 수 있다. 추가로, 상기 저항들은 회로들에서 어떤 정적인 불균형들도 제거하는 것을 또한 도울 수 있다.

도 7은 공통 컬렉터 (드레인) 전압 V_CC (793)를 스위치하기 위해 'N'개의 전압-제어 IGBTs를 병렬화하기 위한 분배 초크들에 추가로 커패시터들 또는 용량성 클램프들을 이용하는 시스템 (700)의 개략적인 모습이다. 도 7은 본 발명의 교시들에 따른 이산 게이트 저항 실시예를 나타낸다.

도 7은 PWM 입력 유닛 (736), 게이트 구동기 (722), 분배 초크 매트릭스 (705), 제1 저항 R_H (728), 제2 저항 R_L (732), IGBTs Q1 (720), Q2 (725), Q3 (730), 및 Q₄ (732), 게이트 저항들 R1 (745), R3 (765), R5 (785), 및 R7 (787), 이미터 저항들 R2 (792), R4 (794), R6 (796), 및 R8 (798), 게이트 커패시터들 C1 (782), C2 (784), C3 (786), C4 (788), 옵션의 저항들 R9 (772), R10 (774), R11 (776), 및 R12 (778)을 포함한다.

도시된 것처럼, IGBTs Q1 (720), Q2 (725), Q3 (730), Q₄ (732) 모두의 컬렉터들은 양의 공급 레일 전압 V_CC (793)에 함께 연결된다. IGBTs Q1 (720), Q2 (725), Q3 (730), Q₄ (732) 모두의 이미터들은 이미터 리턴 라인들로 또한 언급되며, 음의 공급 레일 전압 V_EE (797)로 함께 연결된다. 게이트 구동기 (722)는 게이트 하이 신호 출력단 (724)에서 게이트 하이 신호 G_H를 그리고 게이트 로우 신호 출력단 (726)에서 게이트 로우 신호 G_L을 출력한다. 상기 게이트 구동기 (722)의 리턴 라인은 전압 V_DD (795)에 연결된다.

상기 분배 초크 매트릭스 (705)는 여러 분배 초크들을 포함한다. 상기 PWM 입력 유닛 (736), 게이트 구동기 (722)는 도 5에 도시된 것처럼 분배 초크 매트릭스를 경유하여 IGBTs Q1 (720), Q2 (725), Q3 (730), Q₄ (732)를 구동하기 위해 연결된다. 상기 게이트 커패시터들 C1 (782), C2 (784), C3 (786), C4 (788)는 상기 게이트 저항들 그리고 상기 IGBTs의 게이트들 (750, 770, 780, 790) 사이에 연결된다. 특히, 상기 게이트 저항들 R1 (745), R3 (765), R5 (785), R7 (787)의 제1 말단들은 상기 분배 초크 매트릭스에 연결되며, 반면에, 그 게이트 저항들의 제2 말단들은 상기 게이트들 (750, 770, 780, 790) 및 상기 게이트 커패시터들 C1 (782), C2 (784), C3 (786), C4 (788)의 제1 말단들에 연결된다. 상기 게이트 커패시터들 C1 (782), C2 (784), C3 (786), C4 (788)의 제2 말단들은 함께 연결된다.

본 명세서에서 이전에 언급된 것처럼, 상기 게이트 커패시터들 C1 (782), C2 (784), C3 (786), C4 (788)은 상기 게이트 전압들 V_G1 (751), V_G2 (771), V_G3 (781), V_G4 (791)를 실질적으로 균형을 잡는다. 상기 옵션의 저항들 R9 (772), R10 (774), R11 (776), R12 (778)은 상기 게이트 전압들이 동등하지 않은 경우에 전류 흐름을 또한 가능하게 할 수 있으며 그리고 정적인 불균형들을 줄이는 것을 또한 도울 수 있다.

도 8a 및 도 9a는 각각 스코프 캡처들 800A, 900A이며, 이것들은 분배 초크들이나 용량성 클램프들을 구비하지 않은 공통 게이트 구동기에 의한 4개의 병렬 IGBTs의 스위칭을 도시한다. 도 8b 및 도 9b는 각각 스코프 캡처들 800B, 900B이며, 이것들은 분배 초크들을 구비하고 용량성 클램프들은 구비하지 않은 공통 게이트 구동기에 의한 4개의 병렬 IGBTs의 스위칭을 도시한다. 도 8c 및 도 9c는 각각 스코프 캡처들 800C, 900C이며, 이것들은 분배 초크들을 구비하고 그리고 용량성 클램프들도 구비한 공통 게이트 구동기에 의한 4개의 병렬 IGBTs의 스위칭을 도시한다.

스코프 캡처들 800A, 900A는 x-축 (805) 및 y-축 (810), 그리고 x-축 (905) 및 y-축 (910)을 각각 포함한다. x-축들 (805, 905)에 따른 위치는 시간을 나타낸다. y-축들 (810, 910)에 따른 위치는 전류의 크기를 나타낸다. 비록 x-축들 (805, 905)에 따른 시간 스케일은 도시된 트레이스들 모두에 대해 동일하지만, y-축들 (810, 910)에 따른 전류들의 스케일은 상이한 트레이스들에 대해서는 변할 수 있을 것이다.

스코프 캡처들 800B, 900B는 x-축 (815) 및 y-축 (820), 그리고 x-축 (915) 및 y-축 (920)을 각각 포함한다. x-축들 (815, 915)에 따른 위치는 시간을 나타낸다. y-축들 (820, 920)에 따른 위치는 전류의 크기를 나타낸다. 비록 x-축들 (815, 915)에 따른 시간 스케일은 도시된 트레이스들 모두에 대해 동일하지만, y-축들 (820, 920)에 따른 전류들의 스케일은 상이한 트레이스들에 대해서는 변할 수 있을 것이다.

스코프 캡처들 800C, 900C는 x-축 (825) 및 y-축 (830), 그리고 x-축 (925) 및 y-축 (930)을 각각 포함한다. x-축들 (825, 925)에 따른 위치는 시간을 나타낸다. y-축들 (830, 930)에 따른 위치는 전류의 크기를 나타낸다. 비록 x-축들 (825, 925)에 따른 시간 스케일은 도시된 트레이스들 모두에 대해 동일하지만, y-축들 (830, 930)에 따른 전류들의 스케일은 상이한 트레이스들에 대해서는 변할 수 있을 것이다.

스코프 캡처 800A는 트레이스들 (821, 822, 823, 824)을 포함한다. 트레이스들 (821, 822, 823, 824)은 온-상태로부터 오프-상태로의 스위칭 동안에 IGBTs의 이미터 전류들 I_E1, I_E2, I_E3, I_E4를 나타낸다. 스코프 캡처 800B는 트레이스들 (831, 832, 833, 834)을 포함한다. 트레이스들 (831, 832, 833, 834)은 온-상태로부터 오프-상태로의 스위칭 동안에 IGBTs의 이미터 전류들 I_E1, I_E2, I_E3, I_E4를 나타낸다. 스코프 캡처 800C는 트레이스들 (841, 842, 843, 844)을 포함한다. 트레이스들 (841, 842, 843, 844)은 온-상태로부터 오프-상태로의 스위칭 동안에 IGBTs의 이미터 전류들 I_E1, I_E2, I_E3, I_E4를 나타낸다.

스코프 캡처 800A에서 볼 수 있는 것처럼, 참조번호 829 및 837의 원들에 의해 마킹된 영역에서, 상기 이미터 전류들은 실질적으로 동등하지 않다. 스코프 캡처 800B를 참조하면, 참조번호 847의 원에 의해 마킹된 영역에서, 이미터 전류들의 값들에서의 차이들은 참조번호 837의 원에 의해 둘러싸인 영역에 비해 감소되지만, 참조번호 827의 원에 의해 둘러싸인 영역에 비해서는 증가된다. 참조번호 827의 원에 의해 둘러싸인 영역에서의 상기 증가는 상기 전력 스위치들의 밀러-커패시턴스를 통한 전류 주입으로 비롯된 것이다. 이 예시의 트레이스들은 그래서 다른 예들이 제시하지 않은 방식으로 용량성 클램핑의 유효함을 도시한다. 스코프 캡처 800C를 참조하면, 상기 이미터 전류들은 분배 초크들 및 용량성 클램프들 두 가지 모두를 구비한 턴-오프 전이 전체에 걸쳐서 실질적으로 동등하다.

스코프 캡처 900A는 트레이스들 (921, 922, 923, 924)을 포함한다. 트레이스들 (921, 922, 923, 924)은 오프-상태로부터 온-상태로의 스위칭 (턴-온 전이로 또한 언급됨) 동안의 IGBTs의 이미터 전류들 I_E1, I_E2, I_E3, I_E4를 나타낸다. 스코프 캡처 900B는 트레이스들 (931, 932, 933, 934)을 포함한다. 트레이스들 (931, 932, 933, 934)은 오프-상태로부터 온-상태로의 스위칭 동안의 IGBTs의 이미터 전류들 I_E1, I_E2, I_E3, I_E4를 나타낸다. 스코프 캡처 900C는 트레이스들 (941, 942, 943, 944)을 포함한다. 트레이스들 (941, 942, 943, 944)은 오프-상태로부터 온-상태로의 스위칭 동안의 IGBTs의 이미터 전류들 I_E1, I_E2, I_E3, I_E4를 나타낸다.

스코프 캡처 900A에서 볼 수 있는 것처럼, 참조번호 927의 원들에 의해 마킹된 영역에서, 상기 이미터 전류들은 실질적으로 동등하지 않다.

스코프 캡처 900B를 참조하면, 참조번호 937의 원에 의해 마킹된 영역에서, 이미터 전류들의 값들에서의 차이들은 스코프 캡처 900A의 유사한 부분들과 비교하면 실질적으로 줄어든다. 스코프 캡처 900C를 참조하면, 상기 이미터 전류들은 턴-온 전이 전체에 걸쳐서 실질적으로 동등하다.

상기 언급된 관찰들은 분배 초크들을 구비한 그리고 용량성 클램프들을 구비하거나 구비하지 않은 병렬 IGBTs을 구동하는 유리함들을 더 예시한다.

여러 구현들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 다른 구현들의 다음의 청구항들의 범위 내에 존재한다. 요약에서 설명된 것들을 포함하는 본 발명의 상기 예시된 예들의 위의 설명들은 개시된 정밀한 모습들을 전부 망라하거나 또는 그 정밀한 모습들의 제한인 것으로 의도된 것이 아니다. 본 발명의 특정 실시예들, 및 본 발명의 예들이 예시의 목적들을 위해 설명되었지만, 본 발명의 더 넓은 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 다양한 등가의 소정들이 가능하다. 실제로, 특정 예의 전압들, 전류들, 주파수들, 전력 범위 값들, 시간들 등이 설명의 목적들을 위해 제공되었으며, 그리고 다른 값들이 본 발명의 교시들에 따른 다른 실시예들 및 예들에서 또한 사용될 수 있을 것이라는 것이 인정된다.

본 발명은 전력 스위치 (power switch)가 사용되는 분야에서 사용될 수 있다.

Claims

제1 게이트를 구비한 제1 전력 스위치;
상기 제1 전력 스위치와 병렬이며 제2 게이트를 구비한 제2 전력 스위치;
상기 제1 게이트 및 상기 제2 게이트 둘 모두를 구동하기 위해 게이트 구동 신호를 출력하는 게이트 구동기;
상기 게이트 구동 신호를 상기 제1 게이트에 연결하는 제1 전도 경로;
상기 게이트 구동 신호를 상기 제2 게이트에 연결하는 제2 전도 경로; 그리고
상기 게이트 구동 신호를 상기 제1 전력 스위치 및 제2 전력 스위치에게 분배하는 분배 초크를 포함하며,
상기 분배 초크는 상기 제1 전도 경로에 배치된 제1 권선 및 제2 전도 경로에 배치된 제2 권선을 구비하며,
상기 분배 초크는 차동 (differential) 모드에서 연결된, 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 전력 스위치들은 IGBTs (insulated gate bipolar transistors), MOSFETs (metal-oxide-semiconductor field-effect transistors), 또는 HEMTs (high-electron-mobility transistors)인, 디바이스.
제1 게이트를 구비한 제1 전력 스위치;
상기 제1 전력 스위치와 병렬이며 제2 게이트를 구비한 제2 전력 스위치;
상기 제1 게이트 및 상기 제2 게이트 둘 모두를 구동하기 위해 게이트 구동 신호를 출력하는 통합 게이트 구동기;
상기 게이트 구동 신호를 상기 제1 게이트에 연결하는 제1 전도 경로;
상기 게이트 구동 신호를 상기 제2 게이트에 연결하는 제2 전도 경로; 그리고
상기 게이트 구동 신호를 상기 제1 전력 스위치 및 제2 전력 스위치에게 분배하는 분배 초크를 포함하며,
상기 분배 초크는 상기 제1 전도 경로에 배치된 제1 권선 및 제2 전도 경로에 배치된 제2 권선을 구비하며,
상기 분배 초크는 차동 모드에서 연결된, 전력 모듈.
제1 게이트를 구비한 제1 전력 스위치;
상기 제1 전력 스위치와 병렬이며 제2 게이트를 구비한 제2 전력 스위치;
상기 제1 게이트 및 상기 제2 게이트 둘 모두를 구동하기 위해 상기 게이트 구동기를 외부 게이트 구동기 신호의 출력에 연결하는 단자;
상기 게이트 구동 신호를 상기 제1 게이트에 연결하는 제1 전도 경로;
상기 게이트 구동 신호를 상기 제2 게이트에 연결하는 제2 전도 경로; 그리고
상기 게이트 구동 신호를 상기 제1 전력 스위치 및 제2 전력 스위치에게 분배하는 분배 초크를 포함하며,
상기 분배 초크는 상기 제1 전도 경로에 배치된 제1 권선 및 제2 전도 경로에 배치된 제2 권선을 구비하며,
상기 분배 초크는 차동 모드에서 연결된, 전력 모듈.
제1항 또는 제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 게이트 구동 신호를 분배하기 위해 제2 분배 초크를 더 포함하며,
상기 제2 분배 초크는 상기 제1 전도 경로에 배치된 제3 권선을 포함하는, 디바이스 또는 전력 모듈.
제5항에 있어서:
상기 제1 전력 스위치 및 상기 제2 전력 스위치에 병렬이며 제3 게이트를 구비한 제3 전력 스위치; 그리고
상기 게이트 구동 신호를 상기 제3 게이트에 연결하는 제3 전도 경로를 더 포함하는, 디바이스 또는 전력 모듈.
제5항에 있어서,
상기 제2 분배 초크는 상기 제3 전도 경로에 배치된 제4 권선을 포함하는, 디바이스 또는 전력 모듈.
제7항에 있어서,
상기 게이트 구동 신호를 분배하는 제3 분배 초크를 더 포함하며,
상기 제3 분배 초크는 상기 제3 전도 경로에 배치된 제5 권선을 포함하는, 디바이스 또는 전력 모듈.
제8항에 있어서,
상기 제3 분배 초크는 상기 제2 전도 경로에 배치된 제6 권선을 포함하는, 디바이스 또는 전력 모듈.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
모든 파트들은 하나의 전력 모듈 내에 통합된, 디바이스 또는 전력 모듈.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 스위치들은 모두 IGBTs인, 디바이스 또는 전력 모듈.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 스위치들은 모두 MOSFETs인, 디바이스 또는 전력 모듈.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 스위치들은 모두 HEMTs인, 디바이스 또는 전력 모듈.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 전도 경로는 제1 게이트 저항을 포함하며; 그리고
상기 제2 전도 경로는 제2 게이트 저항을 포함하는, 디바이스 또는 전력 모듈.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 전도 경로 및 상기 제2 전도 경로는 공통 게이트 저항을 포함하는, 디바이스 또는 전력 모듈.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공통 전력 스위치 구동기는 공통 게이트 구동기이며,
상기 게이트 구동기는 하나 이상의 게이트 신호 출력들을 포함하거나 분리된 Hi/Lo 게이트 출력들을 구비한, 디바이스 또는 전력 모듈.
전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 디바이스 또는 상기 전력 스위치 모듈은 동일한 개수의 병렬 전력 스위치들 및 초크들을 포함하며; 그리고
상기 전도 경로들 각각은 적어도 두 개의 권선들을 포함하는, 디바이스 또는 전력 모듈.
병렬로 연결된 제1의 복수의 전력 스위치들로, 각 전력 스위치는 게이트를 구비한, 제1의 복수의 전력 스위치들;
각 게이트를 구동하기 위해 게이트 구동 신호를 출력하는 게이트 구동기;
상기 게이트 구동 신호를 각 전력 스위치의 게이트에 연결하는 전도 경로; 그리고
상기 게이트 구동 신호를 각 게이트에 분배하는 제1의 복수의 분배 초크들을 포함하며,
전력 스위치들의 개수는 분배 초크들의 개수와 동일하며, 각 분배 초크는 게이트로의 제1 전도 경로 및 제2 전도 경로에 배치된 제1 권선 및 제2 권선을 구비하며, 각 분배 초크는 차동 모드에서 연결되며,
상기 게이트 구동 신호는 복수의 전도 경로들에서 분배되고 그리고 제2의 복수의 분배 초크들로 분배되며, 그리고
상기 제2의 복수의 분배 초크들의 개수는 상기 제1 복수 내의 분배 초크들의 개수보다 하나 더 적은, 전력 모듈.
제1 게이트를 구비한 제1 IGBT;
상기 제1 IGBT와 병렬이며 제2 게이트를 구비한 제2 IGBT;
상기 제1 게이트 및 상기 제2 게이트 둘 모두를 구동하기 위해 게이트 구동 신호를 출력하는 IGBT 구동기;
상기 게이트 구동 신호를 상기 제1 게이트에 연결하는 제1 전도 경로;
상기 게이트 구동 신호를 상기 제2 게이트에 연결하는 제2 전도 경로; 그리고
상기 게이트 구동 신호를 상기 제1 IGBT 및 제2 IGBT에게 분배하는 분배 초크를 포함하며,
상기 분배 초크는 상기 제1 전도 경로에 배치된 제1 권선 및 제2 전도 경로에 배치된 제2 권선을 구비하며,
상기 분배 초크는 차동 모드에서 연결된, 디바이스.
제19항에 있어서,
상기 게이트 구동 신호를 분배하는 제2 분배 초크를 더 포함하며,
상기 제2 분배 초크는 상기 제1 전도 경로에 배치된 제3 권선을 포함하는, 디바이스.
제20항에 있어서:
상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT에 병렬이며 제3 게이트를 구비한 제3 IGBT; 그리고
상기 게이트 구동 신호를 상기 제3 게이트에 연결하는 제3 전도 경로를 더 포함하는, 디바이스.
제21항에 있어서,
상기 제2 분배 초크는 상기 제3 전도 경로에 배치된 제4 권선을 포함하는, 디바이스.
제22항에 있어서,
상기 게이트 구동 신호를 분배하는 제3 분배 초크를 더 포함하며,
상기 제3 분배 초크는 상기 제3 전도 경로에 배치된 제5 권선을 포함하는, 디바이스.
제23항에 있어서,
상기 제3 분배 초크는 상기 제2 전도 경로에 배치된 제6 권선을 포함하는, 디바이스.
제19항에 있어서,
상기 제1 전도 경로는 제1 게이트 저항을 포함하며; 그리고
상기 제2 전도 경로는 제2 게이트 저항을 포함하는, 디바이스.
제19항에 있어서,
상기 제1 전도 경로 및 상기 제2 전도 경로는 상기 IGBT 구동기 및 상기 분배 초크 사이에 하나 이상의 제1 도체들을 포함하며;
상기 제1 전도 경로는 상기 분배 초크 및 상기 제1 게이트 사이에 하나 이상의 제2 도체들을 포함하며;
상기 제2 전도 경로는 상기 분배 초크 및 상기 제2 게이트 사이에 하나 이상의 제3 도체들을 포함하며;
상기 하나 이상의 제2 도체들은 상기 하나 이상의 제1 도체들보다 더 길며; 그리고
상기 하나 이상의 제3 도체들은 상기 하나 이상의 제1 도체들보다 더 긴, 디바이스.
게이트 및 한 쌍의 메인 단자들을 구비한 제1 전압-제어 전력 스위치;
게이트 및 한 쌍의 메인 단자들을 구비한 제2 전압-제어 전력 스위치로, 상기 제1 전압-제어 전력 스위치 및 상기 제2 전압-제어 전력 스위치 각각의 상기 메인 단자들 중 하나는 함께 연결되는, 제2 전압-제어 전력 스위치;
제1 권선 및 제2 권선을 포함하는 차동 초크; 그리고
제1 전도 경로에 의해 상기 제1 전압-제어 전력 스위치의 상기 게이트에 그리고 제2 전도 경로에 의해 상기 제2 전압-제어 전력 스위치의 상기 게이트에 연결된 게이트 구동 신호를 포함하는 전력 스위치 구동기를 포함하며,
상기 제1 전도 경로는 상기 제1 권선을 포함하며;
상기 제2 전도 경로는 상기 제2 권선을 포함하며;
상기 게이트 구동 신호 출력 및 상기 제1 권선 사이의 상기 제1 전도 경로의 임피던스와 상기 게이트 구동기 신호 출력 및 상기 제2 권선 사이의 상기 제2 전도 경로의 임피던스의 차이는 상기 제1 권선 및 상기 제1 전압-제어 전력 스위치의 상기 게이트 사이의 상기 제1 전도 경로의 임피던스와 상기 제2 권선 및 상기 제2 전압-제어 전력 스위치 사이의 상기 제2 전도 경로의 임피던스의 차이보다 더 작은, 전력 스위치 모듈.
제27항에 있어서,
상기 제1 전도 경로는 상기 제1 권선 및 상기 제1 전압-제어 전력 스위치의 상기 게이트 사이에 배치된 제1 게이트 저항을 포함하며; 그리고
상기 제2 전도 경로는 상기 제2 권선 및 상기 제2 전압-제어 전력 스위치의 상기 게이트 사이에 배치된 제2 게이트 저항을 포함하는, 전력 스위치 모듈.
제27항에 있어서,
제3 권선 및 제4 권선을 포함하는 제2 차동 초크를 더 포함하며,
상기 제1 전도 경로는 상기 제3 권선을 포함하는, 전력 스위치 모듈.
제29항에 있어서,
게이트 및 한 쌍의 메인 단자들을 구비한 제3 전압-제어 전력 스위치를 더 포함하며,
상기 제3 전압-제어 전력 스위치의 상기 메인 단자들 중 하나는 상기 제1 전압-제어 전력 스위치 및 제2 전압-제어 전력 스위치의 상기 연결된 메인 단자들에 연결되며;
상기 게이트 구동 신호 출력은 제3 전도 경로에 의해 상기 제3 전압-제어 전력 스위치의 상기 게이트에 연결되며, 상기 제3 전도 경로는 상기 제4 권선을 포함하는, 전력 스위치 모듈.
제27항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 스위치들은 IGBTs이며; 그리고
상기 공통 전력 스위치 구동기는 공통 IGBT 구동기인, 전력 스위치 모듈.
각각이 각자의 제어 단자를 구비한 셋 이상의 병렬 전력 스위치들;
각 전도 경로에 의해 상기 병렬 전력 스위치들의 상기 제어 단자들 각각에 연결된 단일 게이트 구동 신호 출력을 포함하는 공통 전력 스위치 구동기; 그리고
각각이 한 쌍의 권선들을 포함하는 둘 이상의 초크들을 포함하며,
각 초크의 권선들은 차동 모드에서 상기 전도 경로들 중 상이한 것에 배치되며,
상기 전도 경로들 중 적어도 하나는 적어도 두 개의 권선들을 포함하는, 전력 스위치 모듈.
제32항에 있어서,
상기 전력 스위치들은 IGBTs이며; 그리고
상기 공통 전력 스위치 구동기는 공통 IGBT 구동기인, 전력 스위치 모듈.
제32항 또는 제33항에 있어서,
상기 전도 경로들은 공통 게이트 저항을 포함하는, 전력 스위치 모듈.
제32항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 스위치 모듈은 동일한 개수의 병렬 전력 스위치들 및 초크들을 포함하는, 전력 스위치 모듈.
각각이 각자의 제어 단자를 구비한 적어도 두 개의 병렬 전력 스위치들;
각 전도 경로에 의해 상기 병렬 전력 스위치들의 상기 제어 단자들 각각에 연결된 단일 게이트 구동 신호 출력을 포함하는 공통 전력 스위치 구동기; 그리고
각각이 한 쌍의 권선들을 포함하는 하나 이상의 초크들을 포함하며,
각 초크의 권선들은 차동 모드에서 상기 전도 경로들 중 상이한 것에 배치되며; 그리고
복수의 커패시턴스들이 상기 전력 스위치들의 상기 제어 단자들 사이에 연결된, 전력 스위치 모듈.
제36항에 있어서,
각 전도 경로에 대해 적어도 하나의 이산 커패시터 (discrete capacitor)가 존재하는, 전력 스위치 모듈.
제36항 또는 제37항에 있어서,
전력 스위치의 제어 단자 및 각 커패시턴스의 제2 말단에 연결된 각 커패시턴스의 제1 말단은 다른 커패시턴스에 연결된, 전력 스위치 모듈.
제36항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
모든 커패시턴스의 제2 말단들은 함께 연결되어 용량성 클램핑 회로를 형성하는, 전력 스위치 모듈.
제36항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
각 커패시턴스에 저항이 연결된, 전력 스위치 모듈.
제40항에 있어서,
상기 저항의 제1 말단은 상기 각 커패시터의 제1 말단에 연결되며 그리고 상기 저항의 제2 말단은 상기 커패시터의 제2 말단에 연결되는, 전력 스위치 모듈.