KR20170024376A - Igbt driving circuit - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a reference voltage variable type IGBT driving circuit designed to have a variable type reference voltage set for protection of an IGBT device. The reference voltage variable type IGBT driving circuit comprises: a driving circuit for amplifying an input signal to control the switching operation of the IGBT device; a protecting circuit for selectively blocking the input signal to compare the collector voltage of the IGBT device with a reference voltage; and a reference voltage variable circuit for variably setting the reference voltage according to the capacitance of the IGBT device or the size of the load.

Description

기준전압 가변형 IGBT 구동회로{IGBT DRIVING CIRCUIT}IGBT DRIVING CIRCUIT [0002]

본 발명은 전력변환 시스템의 스위칭 소자에 관한 것으로, 특히 IGBT 소자의 보호를 위해 설정되는 기준전압을 가변형으로 설계한 기준전압 가변형 IGBT 구동회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching element of a power conversion system, and more particularly to a reference voltage variable type IGBT driving circuit in which a reference voltage set for protection of an IGBT element is designed to be variable.

전력변환 시스템에서 스위칭 소자로 사용되는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)는 게이트에 인가되는 전압에 의해 스위칭 특성이 결정되는 전압 구동형 스위칭 소자이며, 그 내부적으로 여러 개의 스위칭 소자가 병렬적인 접속 구조를 갖는 대용량 전원 스위칭 소자이다.An IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) used as a switching device in a power conversion system is a voltage-driven switching device whose switching characteristic is determined by a voltage applied to a gate, and a plurality of switching devices internally have a parallel connection structure It is a large capacity power switching device.

이와 같은 IGBT는 소용량 소자가 병렬로 접속되어 있는 구조이기 때문에 안정적인 스위칭 동작을 위해서는 별도의 구동회로가 필요하게 된다.Since such an IGBT has a structure in which small-capacity devices are connected in parallel, a separate driving circuit is required for stable switching operation.

전압 구동형 스위칭 소자인 IGBT는 적절한 게이트 전압을 확립하지 못하게 되면 전원 이상(저전압) 등으로 게이트 구동실패가 발생하게 되고, 이와 같이 게이트 구동실패가 발생하게 되면 장치에 안정적인 전원공급이 어렵게 된다. 또한 게이트 구동실패 및 제어전원 이상 등으로 인하여 안정적인 스위칭 동작을 하지 못하게 되면 과전류가 흐르게 되어 IGBT가 파손되는 문제가 발생한다.If IGBT, which is a voltage driven type switching device, fails to establish a proper gate voltage, gate drive failure occurs due to power supply abnormality (low voltage), and if the gate drive failure occurs in this manner, stable power supply to the device becomes difficult. In addition, if stable switching operation can not be performed due to gate drive failure or control power supply failure, an overcurrent flows and the IGBT is damaged.

따라서 IGBT를 안정적으로 구동하기 위해서는 게이트 구동 전압의 결정, 게이트 턴-온, 턴-오프 저항의 적정치 설정, 과전류 보호회로 및 저전압 검지회로의 정확한 설계가 요구된다.Therefore, in order to drive the IGBT stably, accurate determination of the gate drive voltage, gate turn-on and turn-off resistance setting, overcurrent protection circuit, and low voltage detection circuit are required.

도 1은 일반적인 IGBT 구성을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 공지된 IGBT의 게이트 구동회로의 상세 구성을 예시한 것이다.FIG. 1 is a view for explaining a general IGBT configuration, and FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration of a gate drive circuit of a known IGBT.

도 1을 참조하면, IGBT는 게이트에 높은 전압과 전류가 공급되면 IGBT는 턴-온되어 컬렉터와 에미터 사이에 큰 전류가 흐르게 된다. IGBT를 구동하기 위해서는 입력단 게이트에 전력을 공급하는 게이트 구동회로를 필요로 하며, 게이트 구동회로는 도 2에 도시한 바와 같이 전력을 증폭하는 구동단(앤드게이트와, 버퍼)을 포함하며, IGBT가 비정상적으로 동작할 경우 보호하기 위한 보호회로(비교기)를 더 포함한다.Referring to FIG. 1, when a high voltage and current are supplied to the gate of the IGBT, the IGBT is turned on and a large current flows between the collector and the emitter. In order to drive the IGBT, a gate driving circuit for supplying power to the input stage gate is required. The gate driving circuit includes a driving stage (an AND gate and a buffer) for amplifying power as shown in FIG. And further includes a protection circuit (comparator) for protecting in case of abnormal operation.

도 1에 도시한 두 개의 IGBT는 상단의 IGBT가 턴-온되면 하단의 IGBT는 턴-오프되는 방식으로 서로 배타적으로 동작한다. 그러나 하단의 IGBT의 컬렉터 전압이 외부 요인 등의 급격한 변동으로 전류가 게이트로 유입되면, 게이트 전압이 상승하여 2개의 IGBT가 동시에 턴-온된다. 이러한 경우 전원단과 접지 사이에 전류 경로가 형성되는 쇼트 쓰루(short through) 상태를 만들어 중대한 에너지 손실을 초래한다.The two IGBTs shown in FIG. 1 operate exclusively in such a manner that when the upper IGBT is turned on, the lower IGBTs are turned off. However, when the collector voltage of the lower IGBT is caused to flow into the gate due to a sudden change in external factors, the gate voltage rises and the two IGBTs are simultaneously turned on. In this case, a short through state in which a current path is formed between the power terminal and the ground creates a serious energy loss.

이러한 현상을 방지하기 위하여 도 2에 도시한 바와 같이 하단 IGBT의 컬렉터 전압을 감지하여 일정한 기준전압에 도달하게 되면 앤드게이트에 공급되는 비교기의 출력을 '로우'로 전환시켜 IGBT 게이트 전압을 차단하여 IGBT 소자와 시스템을 보호하게 된다.In order to prevent such a phenomenon, when the collector voltage of the lower IGBT is sensed and a constant reference voltage is reached as shown in FIG. 2, the output of the comparator supplied to the AND gate is switched to low to cut off the IGBT gate voltage, Devices and systems.

IGBT의 동작을 정지시키기 위해 필요한 기준전압은 IGBT의 용량이나 부하의 크기에 따라 그 값이 가변되어야 하기 때문에, 다양한 IGBT를 구동할 수 있도록 기준전압을 가변시킬 수 있는 회로를 구성한다면 다양한 시스템에 폭넓게 응용 가능할 것이다.Since the reference voltage required to stop the operation of the IGBT must vary depending on the capacity of the IGBT and the size of the load, if a circuit capable of varying the reference voltage to drive various IGBTs is provided, Applicable.

대한민국 공개특허공보 10-2014-0007951Korean Patent Publication No. 10-2014-0007951 대한민국 공개특허공보 특2000-0060439Korean Patent Publication No. 2000-0060439

이에 본 발명의 목적은 상술한 필요성에 따라 창안된 발명으로서, IGBT의 동작을 정지시키기 위해 필요한 기준전압을 IGBT의 용량이나 부하의 크기에 따라 가변시킬 수 있도록 설계한 기준전압 가변형 IGBT 구동회로를 제공함을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a reference voltage variable type IGBT driving circuit designed to change the reference voltage required for stopping the operation of the IGBT according to the capacity of the IGBT or the size of the load. .

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 기준전압 가변형 IGBT 구동회로는,According to an aspect of the present invention, there is provided a reference voltage variable type IGBT driving circuit comprising:

IGBT 소자의 스위칭 동작을 제어하는 입력신호를 증폭하는 구동회로와;A driving circuit for amplifying an input signal for controlling a switching operation of the IGBT element;

상기 IGBT 소자의 컬렉터 전압을 기준전압과 비교하여 상기 입력신호를 선택적으로 차단하는 보호회로와;A protection circuit for selectively interrupting the input signal by comparing a collector voltage of the IGBT element with a reference voltage;

IGBT 소자의 용량이나 부하의 크기에 따라 상기 기준전압을 가변 설정하기 위한 기준전압 가변회로;를 포함함을 특징으로 하며,And a reference voltage variable circuit for variably setting the reference voltage according to the capacity of the IGBT element and the size of the load.

상기 기준전압 가변회로는 입력저항이 비반전 단자에 연결되고 출력단은 상기 보호회로의 기준전압 비교용 비교기에 연결되는 연산 증폭기와;An operational amplifier having an input resistance connected to a non-inverting terminal and an output terminal connected to a reference voltage comparison comparator of the protection circuit;

기준전압을 가변시키기 위해 상기 연산 증폭기의 반전 단자와 출력단 사이에 연결되는 가변형 피드백 저항을 포함함을 또 다른 특징으로 하며,And a variable feedback resistor connected between the inverting terminal and the output terminal of the operational amplifier for varying the reference voltage,

상기 연산 증폭기와 상기 보호회로는 상기 구동회로 IC 내에 위치하되, 상기 가변형 피드백 저항은 상기 구동회로 IC 외부에서 연결됨을 특징으로 한다.The operational amplifier and the protection circuit are located in the driving circuit IC, and the variable feedback resistor is connected to the outside of the driving circuit IC.

상술한 바와 같은 과제 해결 수단에 따르면, 본 발명의 기준전압 가변형 IGBT 구동회로는 IGBT 소자의 스위칭 동작을 제어하는 입력신호를 증폭하는 구동회로 내에 IGBT 소자의 컬렉터 전압을 기준전압과 비교하여 상기 입력신호를 선택적으로 차단하는 보호회로를 포함하되, IGBT 소자의 용량이나 부하의 크기에 따라 상기 기준전압을 가변 설정하기 위한 기준전압 가변회로를 더 포함시킴으로써, IGBT 소자의 용량이나 부하의 크기에 맞게 기준전압을 편리하게 변경 설정할 수 있는 효과가 있으며,According to the above-mentioned problem, the reference voltage-variable IGBT driving circuit of the present invention compares the collector voltage of the IGBT element with the reference voltage in a driving circuit for amplifying an input signal for controlling the switching operation of the IGBT element, And further includes a reference voltage variable circuit for variably setting the reference voltage according to the capacity of the IGBT element or the size of the load, It is possible to conveniently change the setting,

또한 IGBT 소자의 용량이나 부하의 크기에 따라 가변될 수 있는 기준전압을 제공하기 때문에 다양한 시스템에 폭넓게 사용될 수 있는 이점이 있다.In addition, since it provides a reference voltage that can be varied according to the capacity of the IGBT element and the load, there is an advantage that it can be widely used in various systems.

도 1은 일반적인 IGBT 구성을 설명하기 위한 도면.
도 2는 공지된 IGBT의 게이트 구동회로의 상세 구성 예시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기준전압 가변형 IGBT 구동회로의 상세 구성 예시도.1 is a view for explaining a general IGBT configuration;
2 is a diagram illustrating a detailed configuration example of a gate drive circuit of a known IGBT.
3 is a diagram illustrating a detailed configuration example of a reference voltage variable IGBT driving circuit according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기준전압 가변형 IGBT 구동회로의 상세 구성도를 예시한 것이다.3 is a detailed block diagram of a reference voltage-variable IGBT driving circuit according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 기준전압 가변형 IGBT 구동회로는 IGBT 소자의 게이트단에 연결되어 IGBT 소자의 스위칭 동작을 제어하는 입력신호를 증폭하는 구동회로(10) IC를 포함한다.3, the reference voltage-variable IGBT driving circuit according to the embodiment of the present invention includes a driving circuit 10 connected to a gate terminal of an IGBT element and amplifying an input signal for controlling a switching operation of the IGBT element do.

이러한 게이트 구동회로(10)는 도시된 바와 같이 상기 입력신호를 일입력으로 하는 앤드게이트(A1) 소자와 그 앤드게이트(A1) 소자의 출력을 증폭 출력하는 버퍼를 포함한다.The gate driving circuit 10 includes an AND gate (A1) element for receiving the input signal as one input and a buffer for amplifying and outputting the output of the AND gate (A1) element.

또한 상기 구동회로(10) 내에는 IGBT 소자의 컬렉터 전압을 기준전압과 비교하여 상기 입력신호를 선택적으로 차단하는 보호회로(20)를 더 포함하는데, 이러한 보호회로(20)는 도 3에 도시한 바와 같이 비교기로 구현 가능하다.Further, the drive circuit 10 further includes a protection circuit 20 for selectively interrupting the input signal by comparing the collector voltage of the IGBT element with a reference voltage, And can be implemented as a comparator as shown in FIG.

보호회로(20)인 비교기는 인가되는 컬렉터 전압이 후술할 기준전압 가변회로(30)에서 발생되는 기준전압 이상이 되면 출력신호를 '로우'상태로 반전시켜 상기 앤드게이트(A1)에 인가함으로써, 상기 입력신호를 선택적으로 차단시킨다. 이에 보호회로(20)인 비교기에서 출력되는 신호를 입력 차단신호로 명명할 수도 있다.When the applied collector voltage becomes equal to or higher than a reference voltage generated by the reference voltage variable circuit 30 to be described later, the comparator which is the protection circuit 20 inverts the output signal to a low state and applies the inverted output signal to the AND gate A1, Thereby selectively blocking the input signal. The signal output from the comparator, which is the protection circuit 20, may be referred to as an input blocking signal.

마지막으로 게이트 구동회로(10)는 IGBT 소자의 용량이나 부하의 크기에 따라 기준전압을 가변 설정하기 위한 기준전압 가변회로(30)를 더 포함한다.Finally, the gate drive circuit 10 further includes a reference voltage variable circuit 30 for variably setting the reference voltage according to the capacity of the IGBT element and the load.

기준전압 가변회로(30)는 입력저항(R1)이 비반전 단자(+)에 연결되고 출력단은 상기 보호회로(20)인 비교기에 연결되는 연산 증폭기(OP)와, The reference voltage variable circuit 30 includes an operational amplifier OP whose input resistance R1 is connected to the non-inverting terminal (+) and whose output terminal is connected to the comparator which is the protection circuit 20,

기준전압을 가변시키기 위해 상기 연산 증폭기(OP)의 반전 단자(-)와 출력단 사이에 연결되는 가변형 피드백 저항(Rext)을 포함한다.And a variable feedback resistor Rext connected between the inverting terminal (-) and the output terminal of the operational amplifier OP to vary the reference voltage.

상술한 연산 증폭기(OP)와 보호회로(20)는 게이트 구동회로(10) IC 내에 위치하되, 가변형 피드백 저항(Rext)은 구동회로(10) IC 외부에서 연결되어 기준전압변화 범위를 조정할 수 있도록 한다.The operational amplifier OP and the protection circuit 20 are disposed in the gate driving circuit 10 so that the variable feedback resistor Rext is connected to the outside of the driving circuit 10 to adjust the reference voltage change range. do.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 기준전압 가변형 IGBT 구동회로는 IGBT 소자의 스위칭 동작을 제어하는 입력신호를 증폭하는 구동회로 내에 IGBT 소자의 컬렉터 전압을 기준전압과 비교하여 상기 입력신호를 선택적으로 차단하는 보호회로(20)를 포함하되, IGBT 소자의 용량이나 부하의 크기에 따라 상기 기준전압을 가변 설정하기 위한 기준전압 가변회로(30)를 더 포함시킴으로써, IGBT 소자의 용량이나 부하의 크기에 맞게 기준전압을 편리하게 변경 설정할 수 있도록 한다.As described above, in the reference voltage variable IGBT driving circuit according to the embodiment of the present invention, the collector voltage of the IGBT element is compared with the reference voltage in the driving circuit for amplifying the input signal for controlling the switching operation of the IGBT element, And a reference voltage variable circuit (30) for variably setting the reference voltage according to the capacity of the IGBT element and the size of the load, thereby further reducing the capacity of the IGBT element and the load Make it easy to change and set the reference voltage to match the size.

아울러 본 발명 역시 IGBT의 컬렉터 전압이 외부 요인에 의해 급격하게 변동되더라도 이를 보호회로(20)가 감지하여 앤드게이트(A1)에 공급되는 비교기(20)의 출력을 '로우'로 반전시켜 구동회로(10)에 인가되는 입력신호를 구동회로(10) 내부에서 차단시킴으로서 IGBT 소자와 시스템을 정상적으로 보호할 수 있게 되는 것이다.Also, in the present invention, even if the collector voltage of the IGBT is abruptly changed due to an external factor, the protection circuit 20 senses it and inverts the output of the comparator 20, which is supplied to the AND gate A1, The IGBT element and the system can be normally protected by blocking the input signal applied to the IGBT 10 within the driving circuit 10.

따라서 본 발명은 IGBT 소자의 용량이나 부하의 크기에 따라 가변될 수 있는 기준전압을 제공하기 때문에 다양한 시스템에 폭넓게 사용될 수 있는 이점이 있다.Therefore, the present invention provides a reference voltage that can be varied according to the capacity of the IGBT device or the size of the load, which is advantageous in that it can be widely used in various systems.

이상은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.While the invention has been shown and described with reference to certain embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined only by the appended claims.

10: 게이트 구동회로 20: 보호회로
30: 기준전압 가변회로 OP: 연산 증폭기10: Gate drive circuit 20: Protection circuit
30: Reference voltage variable circuit OP: Operational amplifier

Claims (3)

IGBT 소자의 스위칭 동작을 제어하는 입력신호를 증폭하는 구동회로와;
상기 IGBT 소자의 컬렉터 전압을 기준전압과 비교하여 상기 입력신호를 선택적으로 차단하는 보호회로와;
IGBT 소자의 용량이나 부하의 크기에 따라 상기 기준전압을 가변 설정하기 위한 기준전압 가변회로;를 포함함을 특징으로 하는 기준전압 가변형 IGBT 구동회로.
A driving circuit for amplifying an input signal for controlling a switching operation of the IGBT element;
A protection circuit for selectively interrupting the input signal by comparing a collector voltage of the IGBT element with a reference voltage;
And a reference voltage variable circuit for variably setting the reference voltage according to a capacitance of the IGBT element and a magnitude of a load.
청구항 1에 있어서, 상기 기준전압 가변회로는,
입력저항이 비반전 단자에 연결되고 출력단은 상기 보호회로의 기준전압 비교용 비교기에 연결되는 연산 증폭기와;
기준전압을 가변시키기 위해 상기 연산 증폭기의 반전 단자와 출력단 사이에 연결되는 가변형 피드백 저항;을 포함함을 특징으로 하는 기준전압 가변형 IGBT 구동회로.
The variable voltage reference circuit according to claim 1,
An operational amplifier having an input resistor connected to the non-inverting terminal and an output connected to a reference voltage comparator for comparing the reference voltage of the protection circuit;
And a variable feedback resistor connected between the inverting terminal and the output terminal of the operational amplifier to vary the reference voltage.
청구항 2에 있어서, 상기 연산 증폭기와 상기 보호회로는 상기 구동회로 IC 내에 위치하되, 상기 가변형 피드백 저항은 상기 구동회로 IC 외부에서 연결됨을 특징으로 하는 기준전압 가변형 IGBT 구동회로.

The reference voltage variable IGBT driving circuit according to claim 2, wherein the operational amplifier and the protection circuit are located in the driving circuit IC, and the variable feedback resistor is connected to the outside of the driving circuit IC.

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