KR20210079492A - Over voltage protection circuit for protecting power semiconductor switching device - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an overvoltage protection circuit of a power semiconductor switching element that protects a power semiconductor switching element from an overvoltage generated when an overcurrent is cut off in a power circuit using a power semiconductor switching element such as an IGBT. According to the present invention for implementing this, in the overvoltage protection circuit of the power semiconductor switching element in which the power semiconductor switching element is connected to a gate driver, the overvoltage protection circuit formed by connecting a Zener diode, a diode, and a capacitor in series is connected between a power semiconductor switching element voltage detection terminal and a gate driving signal output terminal in the gate driver.

Description

전력반도체 스위칭 소자의 과전압 보호회로{OVER VOLTAGE PROTECTION CIRCUIT FOR PROTECTING POWER SEMICONDUCTOR SWITCHING DEVICE}Overvoltage protection circuit of a power semiconductor switching element {OVER VOLTAGE PROTECTION CIRCUIT FOR PROTECTING POWER SEMICONDUCTOR SWITCHING DEVICE}

본 발명은 인버터에 사용되는 전력반도체 스위칭 소자의 과전압 보호회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 IGBT와 같은 전력반도체 스위칭 소자에서 과전류 차단시 발생되는 과전압으로부터 전력반도체 스위칭 소자를 보호하도록 하는 전력반도체 스위칭 소자의 과전압 보호회로에 관한 것이다.The present invention relates to an overvoltage protection circuit of a power semiconductor switching device used in an inverter, and more particularly, a power semiconductor switching device to protect the power semiconductor switching device from overvoltage generated when an overcurrent is blocked in a power semiconductor switching device such as an IGBT of the overvoltage protection circuit.

일반적으로 철도 차량의 전원 인버팅 시스템에서는 소정의 직류 입력전압이 인가되면 스위치 온되는 컨택터를 통해 인버터로 전류 전압이 인가되고, 이 인버터가 소정의 교류 전원을 출력하여 유도전동기에 공급되는 전류를 제어함으로써 철도 차량의 추진력을 얻도록 되어 있다. 그리고 유도전동기와 같은 부하가 고장났을 경우에 과전류가 발생하면 입력 전원을 차단하여 인버터에 내장되어 있는 반도체 스위칭 소자 및 각종 구성품을 보호하도록 되어 있다.In general, in a power inverting system of a railway vehicle, a current voltage is applied to an inverter through a contactor that is switched on when a predetermined DC input voltage is applied, and the inverter outputs a predetermined AC power to control the current supplied to the induction motor. By controlling it, it is designed to obtain the driving force of the railroad car. And when an overcurrent occurs when a load such as an induction motor fails, the input power is cut off to protect the semiconductor switching element and various components built into the inverter.

하지만, 선행문헌 1에 기재된 바와 같이 상기 컨택터는 릴레이와 같이 기계적으로 스위칭 동작을 하는 소자이기 때문에 부품을 주기적으로 유지 및 보수해야 하는 번거로움이 있을 뿐만 아니라 실제로 과전류가 발생하였을 경우 입력 전원을 차단하는 시간이 수 ㎳ 이상 소요되기 때문에 과전류에 대한 내량한계가 수 ㎲ 이내인 상기 인버터의 반도체 소자가 소손되기 쉽다는 문제점이 있었다.However, as described in Prior Document 1, since the contactor is a device that mechanically performs a switching operation like a relay, there is a hassle of periodically maintaining and repairing parts as well as cutting off the input power when an overcurrent actually occurs. Since it takes several ms or more, there is a problem in that the semiconductor element of the inverter, which has a tolerance limit for overcurrent within several 탎, is easily damaged.

그리하여 최근에는 인버터에 IGBT와 같은 전력반도체 스위칭 소자를 사용하고 있으며, 또한 IGBT의 구동을 위해 게이트 드라이브 회로를 많이 사용하고 있다. 특히 게이트 드라이브 회로는 인버터 스위칭시에 발생되는 과전압 및 과전류를 억제하여 IGBT의 파괴를 사전에 방지하고 인버터 스위칭시 노이즈에 의해 발생되는 고조파 발생을 최소화하여 시스템의 신뢰도를 향상시킬 수 있도록 되어 있다.Therefore, recently, power semiconductor switching devices such as IGBTs are used in inverters, and gate drive circuits are frequently used to drive IGBTs. In particular, the gate drive circuit suppresses overvoltage and overcurrent generated during inverter switching to prevent IGBT destruction in advance, and minimizes harmonics generated by noise during inverter switching to improve system reliability.

선행문헌 2에는 인버터 스위칭시에 발생되는 과전압 및 과전류를 억제하여 단락사고와 같은 전동차용 인버터에 사용하는 IGBT의 파괴를 사전에 방지하고, 인버터 스위칭시 노이즈에 의해 발생되는 고조파 발생을 최소화하여 시스템의 신뢰도를 향상시키도록 하는 IGBT의 게이트 드라이브 회로에 관한 기술이 개시되어 있다. 이는 한 쌍의 IGBT가 상호 연결된 이미터에 제너다이오드가 서로 역방향으로 직렬 연결된 구동제한값 설정부를 연결하여, 인버터 스위칭시에 발생되는 과전압 및 과전류를 억제하여 단락사고와 같은 전동차용 인버터에 사용하는 IGBT의 파괴를 사전에 방지할 수 있도록 되어 있다.In Prior Document 2, it suppresses overvoltage and overcurrent generated during inverter switching to prevent the destruction of IGBTs used in electric vehicle inverters such as short circuit accidents in advance, and minimizes the occurrence of harmonics caused by noise during inverter switching A technique for a gate drive circuit of an IGBT to improve reliability is disclosed. This is by connecting a driving limit value setting unit in which a Zener diode is connected in series in the reverse direction to an emitter in which a pair of IGBTs are interconnected, thereby suppressing overvoltage and overcurrent occurring during inverter switching. Destruction can be prevented in advance.

도 1은 종래 게이트 드라이브용 광플러에서 전력반도체 스위칭 소자의 과전압 보호회로의 일례를 나타내고, 도 2는 도 1에서 과전압 보호동작에 따른 파형도를 도시한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같은 게이트 드라이브용 광커플러 소자(도시된 예는 HCPL-316J)(10)는 전력반도체 스위칭 소자(12)를 구동하는 기능과 부하에 과전류 및 암단락 발생시 전력반도체 스위칭 소자(12) 양단간 전압을 측정하여 특정 전압이상 발생시 게이트 구동신호와 관련없이 전력반도체 스위칭 소자(12)의 게이트 구동용 PWM 출력인 VOUT을 차단하는 기능을 갖고 있다.1 shows an example of an overvoltage protection circuit of a power semiconductor switching device in a conventional optical plug for a gate drive, and FIG. 2 shows a waveform diagram according to the overvoltage protection operation in FIG. 1, and the gate drive as shown in FIG. The optocoupler device for the (shown example is HCPL-316J) 10 has a function of driving the power semiconductor switching device 12 and a specific voltage by measuring the voltage across the power semiconductor switching device 12 when an overcurrent or dark short occurs in the load. When an abnormality occurs, it has a function of blocking V OUT , which is the PWM output for gate driving of the power semiconductor switching element 12 , regardless of the gate driving signal.

그러나 도 2에 도시된 바와 같이, 기존 게이트 드라이브용 광커플러 소자(10)는 전력반도체 스위칭 소자(12)가 턴-온 되는 경우 전력반도체 스위칭 소자(12)의 양단간 전압 VDESAT 를 검지하여, 도 2의 (b)와 같이 VDESAT 가 7V이상 발생시 과전류(대략 정격전류의 3배)로 판단하고, 도 2의 (c)와 같이 전력반도체 스위칭 소자(12)를 구동하기 위한 PWM 출력인 VOUT을 차단하나, 이때 전력회로의 표류인덕턴스 LSTRAY에 축적된 전류가 짧은 시간에 변화하여 도 2의 (a)와 같이 RBSOA(Reverse Bias Safe Operating Area)를 넘는 과전압이 유도되고, 이로 인해 전력반도체 스위칭 소자(12)를 손상시키는 문제점이 있다. 도 2의 (d)에 도시된 FAULT는 상기 게이트 드라이버(10)에서 전력반도체 스위칭 소자(12)에 과전류가 발생하였음을 감지하여 출력하는 오류신호를 나타낸다.However, as shown in FIG. 2 , the conventional optocoupler device 10 for a gate drive detects the voltage V DESAT between both ends of the power semiconductor switching device 12 when the power semiconductor switching device 12 is turned on. As shown in (b) of 2, when V DESAT is 7V or more, it is determined as overcurrent (approximately three times the rated current), and V OUT , which is a PWM output for driving the power semiconductor switching element 12, as shown in (c) of FIG. However, at this time, the current accumulated in the stray inductance L STRAY of the power circuit changes in a short time to induce an overvoltage exceeding the RBSOA (Reverse Bias Safe Operating Area) as shown in FIG. There is a problem of damaging the element 12 . FAULT shown in (d) of FIG. 2 indicates an error signal output by detecting that an overcurrent has occurred in the power semiconductor switching element 12 in the gate driver 10 .

공개실용신안공보 20-1998-049572 (1998.10.07. 공개)Public Utility Model Publication 20-1998-049572 (published on Oct. 7, 1998) 공개특허공보 10-2001-0098203 (2001.11.08. 공개)Patent Publication No. 10-2001-0098203 (published on Aug. 1, 2001)

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 발명한 것으로, 게이트 드라이버에서 전력반도체 스위칭 소자 전압 검출단과 게이트 구동신호 출력단 사이에 제너다이오드-다이오드-커패시터로 구성된 과전압 보호회로를 설치하여, 과전류 차단으로 인해 전력반도체 스위칭 소자 전압 검출단에서 소정 전압 이상이 발생되면, 전력반도체 스위칭 소자를 턴온시켜 전력반도체 스위칭 소자의 양단간 전압을 제한하는 한편, 상기 과전압 보호회로의 커패시커 값을 조절하여 턴온시간을 조절할 수 있도록 함으로써 과전압 보호회로의 글리치 동작을 제한 할 수 있도록 이루어진 전력반도체 스위칭 소자의 과전압 보호회로를 제공함을 기술적 과제로 한다.The present invention was invented in view of the above circumstances, by installing an overvoltage protection circuit consisting of a Zener diode-diode-capacitor between the voltage detection terminal of the power semiconductor switching element in the gate driver and the gate driving signal output terminal, When more than a predetermined voltage is generated at the switching element voltage detection stage, the power semiconductor switching element is turned on to limit the voltage between both ends of the power semiconductor switching element, and the turn-on time can be adjusted by adjusting the capacitor value of the overvoltage protection circuit. It is a technical task to provide an overvoltage protection circuit of a power semiconductor switching device configured to limit the glitch operation of the overvoltage protection circuit.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 전력반도체 스위칭 소자의 과전압 보호회로는, 게이트 드라이버에 전력반도체 스위칭 소자가 연결되어 있는 전력반도체 스위칭 소자의 과전압 보호회로에 있어서, 상기 게이트 드라이버에서 전력반도체 스위칭 소자 전압 검출단과 게이트 구동신호 출력단 사이에 제너다이오드-다이오드-커패시터로 구성된 과전압 보호회로가 연결된 것을 특징으로 한다.The overvoltage protection circuit of the power semiconductor switching device of the present invention for solving the above problems, in the overvoltage protection circuit of the power semiconductor switching device in which the power semiconductor switching device is connected to the gate driver, the power semiconductor switching device in the gate driver An overvoltage protection circuit composed of a Zener diode-diode-capacitor is connected between the voltage detection terminal and the gate driving signal output terminal.

상기 게이트 드라이버는 상기 전력반도체 스위칭 소자 전압 검출단을 통해 상기 전력반도체 스위칭 소자에 과전류가 흐르는 것으로 판단되면 상기 전력반도체 스위칭 소자의 게이트 구동신호를 차단하여 상기 전력반도체 스위칭 소자를 턴오프 시키도록 이루어진 것을 특징으로 한다.The gate driver is configured to turn off the power semiconductor switching element by blocking the gate driving signal of the power semiconductor switching element when it is determined that an overcurrent flows in the power semiconductor switching element through the power semiconductor switching element voltage detection terminal characterized.

상기 게이트 드라이버는 상기 전력반도체 스위칭 소자의 게이트 구동신호를 차단하여 상기 전력반도체 스위칭 소자가 턴오프될 때 상기 전력반도체 스위칭 소자 전압 검출단을 통해 상기 전력반도체 스위칭 소자에 과전압이 발생되는 것으로 판단되면 게이트 구동신호를 출력하여 상기 전력반도체 스위칭 소자를 턴온시켜 전력반도체 스위칭 소자의 양단간 전압을 제한하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.The gate driver blocks the gate driving signal of the power semiconductor switching device to turn off the power semiconductor switching device. When it is determined that an overvoltage is generated in the power semiconductor switching device through the voltage detecting terminal of the power semiconductor switching device, the gate Output a driving signal to turn on the power semiconductor switching device to limit the voltage between both ends of the power semiconductor switching device.

상기 게이트 드라이버가 상기 전력반도체 스위칭 소자에 과전류가 흐르는 것으로 판단하여 상기 전력반도체 스위칭 소자가 턴오프될 때 상기 전력반도체 스위칭 소자 전압 검출단을 통해 상기 전력반도체 스위칭 소자에 8 V 이상의 전압이 인가되는 것으로 판단되면 과전압이 발생한 것으로 판단하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.When the gate driver determines that an overcurrent flows in the power semiconductor switching element and the power semiconductor switching element is turned off, a voltage of 8 V or more is applied to the power semiconductor switching element through the power semiconductor switching element voltage detection terminal When it is determined, it is characterized in that it is determined that an overvoltage has occurred.

상기 과전압 보호회로에 구비되는 커패시터의 값을 조절하여 상기 전력반도체 스위칭 소자의 턴온시간을 조절함으로써 상기 과전압 보호회로의 글리치 동작을 제한하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the glitch operation of the overvoltage protection circuit is limited by adjusting the value of the capacitor provided in the overvoltage protection circuit to control the turn-on time of the power semiconductor switching element.

본 발명은 전력반도체 스위칭 소자를 기반으로 하는 전력변환회로에서 이상전류 차단시 발생되는 이상전압에 의한 전력반도체 스위칭 소자의 소손으로부터, 과전압 발생을 제한하여 전력회로의 신뢰성 향상으로 인해 전력반도체 스위칭 소자 자체의 비용절감 뿐만 아니라 유지보수 비용 및 운영차질에 의한 손실을 줄일 수 있어 경제적 효과가 매우 높은 장점이 있다.The present invention is a power semiconductor switching device itself due to the improvement of reliability of the power circuit by limiting the occurrence of overvoltage from the damage of the power semiconductor switching device due to the abnormal voltage generated when the abnormal current is blocked in the power conversion circuit based on the power semiconductor switching device. It has the advantage that the economic effect is very high as it can reduce the cost of maintenance as well as the loss caused by the maintenance cost and operation setback.

도 1은 종래 게이트 드라이브용 광플러에서 전력반도체 스위칭 소자의 과전압 보호회로의 일예시도,
도 2는 도 1에 도시된 회로에서 과전압 보호동작에 따른 요부 파형도,
도 3은 본 발명에 따른 게이트 드라이브용 광커플러에서 전력반도체 스위칭 소자의 과전압 보호회로의 일예시도,
도 4는 도 3에 도시된 회로에서 과전압 보호동작에 따른 요부 파형도,
도 5는 본 발명에 따른 전력반도체 스위칭 소자의 과전압 보호회로를 게이트 드라이브용 광커플러의 일례인 HCPL-316 소자에 적용한 도면.1 is an exemplary diagram of an overvoltage protection circuit of a power semiconductor switching element in a conventional optical plug for a gate drive;
2 is a waveform diagram of main parts according to the overvoltage protection operation in the circuit shown in FIG. 1;
3 is an exemplary diagram of an overvoltage protection circuit of a power semiconductor switching device in an optocoupler for a gate drive according to the present invention;
4 is a waveform diagram of main parts according to the overvoltage protection operation in the circuit shown in FIG. 3;
5 is a diagram in which an overvoltage protection circuit of a power semiconductor switching device according to the present invention is applied to an HCPL-316 device, which is an example of an optocoupler for a gate drive.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것으로, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다. In order to fully understand the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those with average knowledge in the art, and detailed descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention are omitted. .

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Since the embodiments according to the concept of the present invention may have various changes and may have various forms, the embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail herein. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to specific disclosed forms, and includes all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 게이트 드라이브용 광커플러에서 전력반도체 스위칭 소자의 과전압 보호회로의 일예시도, 도 4는 도 3에 도시된 회로에서 과전압 보호동작에 따른 요부 파형도, 그리고 도 5는 본 발명에 따른 전력반도체 스위칭 소자의 과전압 보호회로를 게이트 드라이브용 광커플러의 일례인 HCPL-316에 적용한 도면을 나타낸다.3 is an exemplary diagram of an overvoltage protection circuit of a power semiconductor switching element in an optocoupler for a gate drive according to the present invention, FIG. 4 is a main part waveform diagram according to an overvoltage protection operation in the circuit shown in FIG. 3, and FIG. 5 is this view It shows a diagram in which the overvoltage protection circuit of the power semiconductor switching device according to the invention is applied to HCPL-316, which is an example of an optocoupler for a gate drive.

도 3은 본 발명에 따른 게이트 드라이버에서 전력반도체 스위칭 소자의 과전압 보호회로를 나타내는 도면으로서, 게이트 드라이버(10)와 전력반도체 스위칭 소자(12)를 구비하고 있다.3 is a diagram illustrating an overvoltage protection circuit of a power semiconductor switching device in a gate driver according to the present invention, and includes a gate driver 10 and a power semiconductor switching device 12 .

상기 게이트 드라이버(10)에서 전력반도체 스위칭 소자 전압 검출단(VDESAT)과 게이트 구동신호 출력단(VOUT) 사이에 제너다이오드(ZD), 다이오드(D1) 및 커패시터(C1)로 구성된 과전압 보호회로(14)가 연결되어 있다.An overvoltage protection circuit consisting of a Zener diode (ZD), a diode (D1) and a capacitor (C1) between a power semiconductor switching element voltage detection terminal (V DESAT ) and a gate driving signal output terminal (V OUT) in the gate driver 10 ( 14) is connected.

상기 과전압 보호회로(14)는 제너다이오드(ZD)의 캐소드가 상기 게이트 드라이버(10)의 전력반도체 스위칭 소자 전압 검출단(VDESAT)에 연결되고, 제너다이오드(ZD)의 애노드에 다이오드(D1)의 애노드가 연결되며, 상기 다이오드(D1)의 캐소드에 커패시터(C1)의 일단이 연결되는 한편 상기 커패시터(C1)의 다른 일단이 상기 게이트 드라이버(10)의 게이트 구동신호 출력단(VOUT)에 연결되어 있다.In the overvoltage protection circuit 14, the cathode of the Zener diode ZD is connected to the power semiconductor switching element voltage detection terminal V DESAT of the gate driver 10, and the diode D1 is connected to the anode of the Zener diode ZD. is connected to the anode of the diode D1, one end of the capacitor C1 is connected to the cathode of the diode D1, while the other end of the capacitor C1 is connected to the gate driving signal output terminal V OUT of the gate driver 10 has been

그리고 상기 게이트 드라이버(10)의 전력반도체 스위칭 소자 전압 검출단(VDESAT)에 전력반도체 스위칭 소자(12)의 컬렉터가 연결되되, 상기 게이트 드라이버(10)의 전력반도체 스위칭 소자 전압 검출단(VDESAT)과 전력반도체 스위칭 소자(12)의 컬렉터 사이에는 저항(R1)과 다이오드(D2)가 직렬로 연결될 수 있고, 상기 게이트 드라이버(10)의 게이트 구동신호 출력단(VOUT)과 전력반도체 스위칭 소자(12)의 게이트 사이에는 저항(R2)이 연결될 수 있다. 상기 게이트 드라이버(10)의 VEE단은 출력전압단으로서, 상기 전력반도체 스위칭 소자(12)의 이미터에 연결될 수 있다.Further, the gate driver 10, a power semiconductor switching element voltage detecting stage (V DESAT) power doedoe semiconductor switching element 12 collector connection, provided a power semiconductor switching element voltage detection of the gate driver 10 to (V DESAT of ) and the collector of the power semiconductor switching element 12, a resistor R1 and a diode D2 may be connected in series, and the gate driving signal output terminal V OUT of the gate driver 10 and the power semiconductor switching element ( A resistor R2 may be connected between the gates of 12). The V EE terminal of the gate driver 10 is an output voltage terminal and may be connected to the emitter of the power semiconductor switching device 12 .

여기서 과전압 보호회로(14)에 구비된 다이오드(D1)는 애노드가 전력반도체 스위칭 소자(12)의 컬렉터측에 연결되고 캐소드가 전력반도체 스위칭 소자(12)의 게이트측에 연결되어, 게이트 측에서 컬렉터 측으로 전류가 흐르는 것을 방지한다.Here, in the diode D1 provided in the overvoltage protection circuit 14, the anode is connected to the collector side of the power semiconductor switching element 12 and the cathode is connected to the gate side of the power semiconductor switching element 12, and the collector at the gate side Prevents current from flowing to the side.

또한, 제너다이오드(ZD)는 전력반도체 스위칭 소자(12)가 턴오프 될 때 사전에 설정된 소정 전압 이상의 과전압이 전력반도체 스위칭 소자(12)의 컬렉터에 발생되면 턴온되어, 제너다이오드(ZD)에 의해 사전에 설정된 소정 전압 이상의 과전압이 제한되어 전력반도체 스위칭 소자(12)를 보호할 수 있도록 된 것이다.In addition, the Zener diode ZD is turned on when an overvoltage of a predetermined voltage or more is generated in the collector of the power semiconductor switching element 12 when the power semiconductor switching element 12 is turned off, and is turned on by the Zener diode ZD. The overvoltage above a predetermined voltage is limited to protect the power semiconductor switching element 12 .

도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 게이트 드라이버(10)의 전력반도체 스위칭 소자 전압 검출단(VDESAT)에서 전력반도체 스위칭 소자(12)에 과전류가 흐르는 것으로 검지되면, 상기 게이트 드라이버(10)는 게이트 구동신호 출력단(VOUT)의 출력신호를 차단하여 상기 전력반도체 스위칭 소자(12)를 턴오프 시킨다. 상기 게이트 드라이버(10)의 게이트 구동신호 출력단(VOUT)은 상기 전력반도체 스위칭 소자(12)를 구동하기 위한 PWM신호가 출력되는 단자이다.As shown in (b) of FIG. 4 , when it is detected that an overcurrent flows in the power semiconductor switching element 12 at the power semiconductor switching element voltage detection terminal V DESAT of the gate driver 10, the gate driver 10 turns off the power semiconductor switching element 12 by blocking the output signal of the gate driving signal output terminal V OUT . The gate driving signal output terminal V OUT of the gate driver 10 is a terminal to which a PWM signal for driving the power semiconductor switching element 12 is output.

상기 전력반도체 스위칭 소자(12)의 턴오프에 따라 전력반도체 스위칭 소자(12)의 양단에 걸리는 전압은 서서히 줄게 되나, 상기 전력반도체 스위칭 소자(12)를 포함하는 전력회로의 표류인덕턴스 Lstray에 축적된 전류가 짧은 시간에 변화하여 도 4 (a)의 t1 시점에 도시된 바와 같이 상기 전력반도체 스위칭 소자(12)의 양단에 과전압이 유도될 수 있다.As the power semiconductor switching element 12 is turned off, the voltage across both ends of the power semiconductor switching element 12 is gradually decreased, but is accumulated in the stray inductance L stray of the power circuit including the power semiconductor switching element 12 . As the current is changed in a short time, an overvoltage may be induced at both ends of the power semiconductor switching element 12 as shown at time t1 of FIG. 4(a).

이에 따라 상기 게이트 드라이버(10)가 상기 전력반도체 스위칭 소자 전압 검출단(VDESAT)을 통해 상기 전력반도체 스위칭 소자에 과전압이 발생되는 것으로 판단되면, 게이트 구동신호 출력단(VOUT)을 통해 게이트 구동신호를 출력하여 상기 전력반도체 스위칭 소자(12)를 턴온시켜 전력반도체 스위칭 소자(12)의 양단간 전압을 제한한다(t1~t2 시점). 이후 다시 상기 전력반도체 스위칭 소자(12)를 턴오프시키면 전력회로의 표류인덕턴스 Lstray에 축적된 전류가 짧은 시간에 변화하여 도 4 (a)의 t2 이후 시점에 도시된 바와 같이 상기 전력반도체 스위칭 소자의 양단에 과전압이 유도되더라도 전압이 낮아 전력반도체 스위칭 소자(12)가 소손되지 않는다.Accordingly, when the gate driver 10 determines that an overvoltage is generated in the power semiconductor switching element through the power semiconductor switching element voltage detection terminal V DESAT , the gate driving signal is output through the gate driving signal output terminal V OUT . output to turn on the power semiconductor switching device 12 to limit the voltage between both ends of the power semiconductor switching device 12 (times t1 to t2). After that, when the power semiconductor switching element 12 is turned off again, the current accumulated in the stray inductance L stray of the power circuit changes in a short time, and as shown at a time point after t2 in FIG. 4 (a), the power semiconductor switching element Even if an overvoltage is induced at both ends of the , the voltage is low and the power semiconductor switching element 12 is not damaged.

도 4의 (d)에 도시된 FAULT는 상기 게이트 드라이버(10)에서 전력반도체 스위칭 소자(12)에 과전류가 발생하였음을 감지하여 출력하는 오류신호를 나타낸다.FAULT shown in (d) of FIG. 4 indicates an error signal output by detecting that an overcurrent has occurred in the power semiconductor switching device 12 in the gate driver 10 .

따라서 전력반도체 스위칭 소자(12)가 턴오프 될 때 전력회로의 표류인덕턴스 Lstray에 축적된 전류에 의해 과전압이 유도되더라도 전력반도체 스위칭 소자(12)의 양단간 전압을 제한하여 전력반도체 스위칭 소자(12)의 소손을 방지할 수 있다. Therefore, even when an overvoltage is induced by the current accumulated in the stray inductance L stray of the power circuit when the power semiconductor switching element 12 is turned off, the voltage between both ends of the power semiconductor switching element 12 is limited to limit the power semiconductor switching element 12 damage can be prevented.

상기 게이트 드라이버(10)는 상기 전력반도체 스위칭 소자(12)에 과전류가 흐르는 것으로 판단하여 상기 전력반도체 스위칭 소자(12)가 턴오프될 때 상기 전력반도체 스위칭 소자 전압 검출단(VDESAT)을 통해 상기 전력반도체 스위칭 소자(12)에 8 V 이상의 전압이 인가되면 상기 전력반도체 스위칭 소자(12)에 과전압이 발생한 것으로 판단할 수 있다.The gate driver 10 determines that an overcurrent flows in the power semiconductor switching element 12 and when the power semiconductor switching element 12 is turned off, the power semiconductor switching element voltage detection terminal (V DESAT ) through the When a voltage of 8 V or more is applied to the power semiconductor switching device 12 , it may be determined that an overvoltage has occurred in the power semiconductor switching device 12 .

한편, 상기 과전압 보호회로(14)에 구비되는 제너다이오드(ZD)는 항복전압이 5 V인 것을 사용할 수 있다. 또한 상기 과전압 보호회로(14)에 구비되는 커패시터(C1)의 값을 조절하면 상기 전력반도체 스위칭 소자(12)의 턴온시간을 조절할 수 있어서 상기 과전압 보호회로(14)의 글리치 동작을 제한할 수 있다.Meanwhile, the Zener diode ZD provided in the overvoltage protection circuit 14 may have a breakdown voltage of 5V. In addition, by adjusting the value of the capacitor C1 provided in the overvoltage protection circuit 14, the turn-on time of the power semiconductor switching element 12 can be adjusted, thereby limiting the glitch operation of the overvoltage protection circuit 14. .

도 5는 본 발명에 따른 전력반도체 스위칭 소자의 과전압 보호회로를 게이트 드라이브용 광커플러의 일례인 HCPL-316 소자에 적용한 도면을 나타낸다.5 is a view showing the application of the overvoltage protection circuit of the power semiconductor switching device according to the present invention to an HCPL-316 device, which is an example of an optocoupler for a gate drive.

본 발명의 게이트 드라이버(10)에 해당하는 HCPL-316 소자(20)에서 전력반도체 스위칭 소자의 전압을 검출하는 단자인 DESAT 입력단과 PWM 게이트 구동신호를 출력하는 단자인 VOUT 출력단 사이에 제너다이오드(ZD), 다이오드(D1) 및 커패시터(C1)로 구성된 과전압 보호회로(14)를 연결할 수 있다.Zener diode between the gate driver 10 the HCPL-316 device is a V OUT output terminal of 20 output terminals of DESAT input and PWM gate drive signals for detecting a voltage of the power semiconductor switching device in which the present invention ( ZD), the diode D1 and the capacitor C1 may be connected to the overvoltage protection circuit 14 .

이에 따라 전력회로의 과전류 및 단락전류로부터 회로차단시 발생되는 과전압을 차단할 수 있으며, 전력회로 구성에 따라 과전압 보호회로(14)의 제너다이오드(ZD) 항복전압 및 커패시커(C1)의 용량을 조절하여 적용할 수 있다.Accordingly, it is possible to block the overvoltage generated when the circuit is cut from the overcurrent and short-circuit current of the power circuit, and the Zener diode (ZD) breakdown voltage of the overvoltage protection circuit 14 and the capacitance of the capacitor C1 are adjusted according to the power circuit configuration. can be applied.

10 -- 게이트 드라이버,
12 -- 전력반도체 스위칭 소자,
14 -- 과전압 보호회로,
VDESAT -- 전력반도체 스위칭 소자 전압 검출단,
VOUT -- 게이트 구동신호 출력단,
ZD -- 제너다이오드, 10 -- gate driver,
12 -- power semiconductor switching element,
14 -- overvoltage protection circuit,
V DESAT -- power semiconductor switching element voltage detection stage,
V OUT -- gate driving signal output stage,
ZD -- Zener diode,

Claims (5)

게이트 드라이버에 전력반도체 스위칭 소자가 연결되어 있는 전력반도체 스위칭 소자의 과전압 보호회로에 있어서, 상기 게이트 드라이버에서 전력반도체 스위칭 소자 전압 검출단과 게이트 구동신호 출력단 사이에 제너다이오드와 다이오드 및 커패시터가 직렬로 연결되어 이루어진 과전압 보호회로가 연결된 것을 특징으로 하는 전력반도체 스위칭 소자의 과전압 보호회로.
In the overvoltage protection circuit of a power semiconductor switching device in which a power semiconductor switching device is connected to a gate driver, a Zener diode, a diode and a capacitor are connected in series between a power semiconductor switching device voltage detection terminal and a gate driving signal output terminal in the gate driver. An overvoltage protection circuit of a power semiconductor switching device, characterized in that the overvoltage protection circuit formed therein is connected.
 제1항에 있어서, 상기 게이트 드라이버는 상기 전력반도체 스위칭 소자 전압 검출단을 통해 상기 전력반도체 스위칭 소자에 과전류가 흐르는 것으로 판단되면 상기 전력반도체 스위칭 소자의 게이트 구동신호를 차단하여 상기 전력반도체 스위칭 소자를 턴오프 시키도록 이루어진 것을 특징으로 하는 전력반도체 스위칭 소자의 과전압 보호회로.
The power semiconductor switching device according to claim 1, wherein the gate driver blocks the gate driving signal of the power semiconductor switching device when it is determined that an overcurrent flows in the power semiconductor switching device through the power semiconductor switching device voltage detection terminal. An overvoltage protection circuit of a power semiconductor switching device, characterized in that it is turned off.
 제2항에 있어서, 상기 게이트 드라이버는 상기 전력반도체 스위칭 소자의 게이트 구동신호를 차단하여 상기 전력반도체 스위칭 소자가 턴오프될 때 상기 전력반도체 스위칭 소자 전압 검출단을 통해 상기 전력반도체 스위칭 소자에 과전압이 발생되는 것으로 판단되면 게이트 구동신호를 출력하여 상기 전력반도체 스위칭 소자를 턴온시켜 전력반도체 스위칭 소자의 양단간 전압을 제한하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 전력반도체 스위칭 소자의 과전압 보호회로.
The method of claim 2, wherein the gate driver blocks the gate driving signal of the power semiconductor switching device so that when the power semiconductor switching device is turned off, an overvoltage is applied to the power semiconductor switching device through the power semiconductor switching device voltage detection terminal. The overvoltage protection circuit of a power semiconductor switching device, characterized in that it is configured to output a gate driving signal and turn on the power semiconductor switching device to limit the voltage between both ends of the power semiconductor switching device by outputting a gate driving signal when it is determined that the power semiconductor switching device is generated.
 제4항에 있어서, 상기 게이트 드라이버가 상기 전력반도체 스위칭 소자에 과전류가 흐르는 것으로 판단하여 상기 전력반도체 스위칭 소자가 턴오프될 때 상기 전력반도체 스위칭 소자 전압 검출단을 통해 상기 전력반도체 스위칭 소자에 8 V 이상의 전압이 인가되는 것으로 판단되면 과전압이 발생한 것으로 판단하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 전력반도체 스위칭 소자의 과전압 보호회로.
According to claim 4, 8 V to the power semiconductor switching element through the power semiconductor switching element voltage detection terminal when the power semiconductor switching element is turned off by the gate driver determining that an overcurrent flows in the power semiconductor switching element An overvoltage protection circuit of a power semiconductor switching device, characterized in that it is configured to determine that an overvoltage has occurred when it is determined that the above voltage is applied.
 제1항에 있어서, 상기 과전압 보호회로에 구비되는 커패시터의 값을 조절하여 상기 전력반도체 스위칭 소자의 턴온시간을 조절함으로써 상기 과전압 보호회로의 글리치 동작을 제한하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 전력반도체 스위칭 소자의 과전압 보호회로.
The power semiconductor switching device according to claim 1, wherein the glitch operation of the overvoltage protection circuit is limited by controlling a turn-on time of the power semiconductor switching device by adjusting a value of a capacitor provided in the overvoltage protection circuit. Overvoltage protection circuit.
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