KR20220052712A - 반도체 스위치 장치 - Google Patents

반도체 스위치 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20220052712A
KR20220052712A KR1020200136969A KR20200136969A KR20220052712A KR 20220052712 A KR20220052712 A KR 20220052712A KR 1020200136969 A KR1020200136969 A KR 1020200136969A KR 20200136969 A KR20200136969 A KR 20200136969A KR 20220052712 A KR20220052712 A KR 20220052712A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
switching
semiconductor
signal
loss
semiconductor devices
Prior art date
Application number
KR1020200136969A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102403150B1 (ko
Inventor
구본관
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR1020200136969A priority Critical patent/KR102403150B1/ko
Publication of KR20220052712A publication Critical patent/KR20220052712A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102403150B1 publication Critical patent/KR102403150B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/13—Modifications for switching at zero crossing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

본 발명은 서로 병렬 접속되는 복수의 반도체 소자; 및 구동 신호를 받아 상기 복수의 반도체 소자 각각을 스위치 온 상태 또는 스위치 오프 상태로 전환하는 구동부를 포함하고, 상기 구동부는 상기 복수의 반도체 소자의 스위치 온 상태로의 전환 시기 또는 스위치 오프 상태로의 전환 시기를 다르게 조절하고, 스위칭 온 손실이 발생되는 반도체 소자의 수와 스위칭 오프 손실이 발생되는 반도체 소자의 수는 모드 신호에 따라 결정되는 반도체 스위치 장치에 관한 것이다.

Description

반도체 스위치 장치{APPARATUS FOR SEMICONDUCTOR SWITCH}
본 발명은 반도체 스위치 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 병렬 연결되는 복수의 반도체 소자를 이용한 반도체 스위치 장치에 관한 것이다.
반도체 스위치는 전기적인 신호로 반도체 소자의 상태를 변화시켜 기계적인 스위치의 온(ON), 오프(OFF)와 같은 기능을 수행하는 스위치 장치를 의미한다. 반도체 스위치에서 발생되는 손실은 도통손실(Conduction loss)와 스위칭 손실(Switching loss)가 있다. 스위칭 손실이란, 스위치가 온에서 오프 또는 오프에서 온으로 상태변경 시 스위칭을 위한 과도 시간이 요구되는데, 이 과도 시간 중에 전압과 전류의 곱이 0이 아닌 상태가 발생되어 생기는 손실이다.
종래의 반도체 스위치 장치는 병렬 연결되는 반도체 소자를 동시에 온 또는 오프 상태로 변경하여 동시에 스위칭이 되도록 설정되기 때문에, 병렬 연결된 복수의 반도체 소자 모두에서 스위칭 온 또는 오프 손실이 발생되는 문제가 있다.
또한, 스위칭 온 손실 및 스위칭 오프 손실이 일부 반도체 소자에만 집중되어 반도체 스위치의 수명이 단축되고 내구성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 병렬 연결되는 복수의 반도체 소자의 스위칭 손실을 저감하는 반도체 스위치 장치를 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 반도체 스위치 장치가 개시된다.
본 발명에 따른 반도체 스위치 장치는 서로 병렬 접속되는 복수의 반도체 소자; 및 구동 신호를 받아 상기 복수의 반도체 소자 각각을 스위치 온 상태 또는 스위치 오프 상태로 전환하는 구동부를 포함하고, 상기 구동부는 상기 복수의 반도체 소자의 스위치 온 상태로의 전환 시기 또는 스위치 오프 상태로의 전환 시기를 다르게 조절하고, 스위칭 온 손실이 발생되는 반도체 소자의 수와 스위칭 오프 손실이 발생되는 반도체 소자의 수는 모드 신호에 따라 결정될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 모드 신호는 외부로부터 제공될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 모드 신호는 상기 복수의 반도체 소자에 인가되는 전류의 크기에 의해 결정될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 모드 신호는 상기 복수의 반도체 소자에 인가되는 전류의 크기가 커질수록 상기 스위칭 온 손실이 발생되는 반도체 소자의 수가 증가하도록 설정될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 복수의 반도체 소자에 인가되는 전류의 크기는 제1전류와, 상기 제1전류보다 큰 제2전류를 포함하고, 상기 제1전류가 인가될 경우의 스위칭 온 손실이 발생되는 반도체 소자의 수는 상기 제2전류가 인가될 경우의 스위칭 온 손실이 발생되는 반도체 소자의 수보다 작을 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 모드 신호는 상기 구동부에서 생성될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 구동부는 상기 반도체 소자에 인가되는 전류의 크기를 측정하여 모드 신호를 생성하는 모드 신호 생성부를 포함하고, 상기 모드 신호 생성부는 측정된 상기 전류의 크기가 클수록 상기 스위칭 온 손실이 발생되는 반도체 소자의 수가 증가하도록 제어할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 복수의 반도체 소자는 제1 내지 제4반도체 소자를 포함하고, 상기 제1 내지 제4반도체 소자는 상기 구동 신호가 제공되는 전체 구간에서 작동되고, 상기 제1 내지 제4반도체 소자 각각은 상기 전체 구간동안 동일한 수의 반도체 스위칭 온 손실 또는 반도체 스위칭 오프 손실이 발생될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 복수의 반도체 소자는 제1 내지 제4반도체 소자를 포함하고, 상기 제1 내지 제4반도체 소자는 상기 구동 신호가 제공되는 전체 구간에서 작동되고, 상기 구동 신호는 상기 전체 구간 동안 스위치 온 신호와 스위치 오프 신호를 교대로 반복하여 제공하고, 상기 전체 구간은 상기 스위치 온 신호와 상기 스위치 오프 신호를 교대로 반복되는 제1 내지 제4구간을 포함하고, 상기 스위칭 온 손실이 발생되는 반도체 소자의 수는 상기 제1 내지 제4구간 각각에서 동일하고, 상기 스위칭 오프 손실이 발생되는 반도체 소자의 수는 상기 제1 내지 제4구간 각각에서 동일할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 구동부는 상기 인가되는 전류의 크기가 임계 크기를 초과한 경우 상기 복수의 반도체 소자는 동시에 스위치 온 및 스위치 오프 상태로 전환할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 스위치 장치는 병렬 연결되는 복수의 반도체 소자의 스위칭 손실을 저감할 수 있다.
또한, 모드 신호에 따라 스위칭 온 손실 또는 스위칭 오프 손실이 발생되는 반도체 소자의 수를 조절하여 스위칭 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 스위칭 손실의 분배를 통해 반도체 소자의 동작에 의한 피로도(Fatigue)를 분배하여 반도체 소자 또는 반도체 스위치 장치의 수명을 연장할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 스위치 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 스위치 장치의 인가 전류와 모드 신호 사이의 관계를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 스위치 장치의 제1모드 신호에서의 구동 신호와 반도체 소자 사이의 관계를 나타낸 타이밍 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 스위치 장치의 제2모드 신호에서의 구동 신호와 반도체 소자 사이의 관계를 나타낸 타이밍 도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 스위치 장치의 구성도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어와 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 용어와 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 이용되는 기술 중 본 발명의 사상과 밀접한 관련이 없는 공지의 기술에 관한 자세한 설명은 생략한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 구체적으로, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1구성요소로 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 명세서 전체에서 사용되는 '~부' 및 '~모듈' 은 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부' 및 '~모듈'이 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부' 및 '~모듈'은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
일 예로서 '~부' 및 '~모듈'은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소와 '~부' 및 '~모듈'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소 및 '~부' 및 '~모듈'들에 의해 분리되어 수행될 수도 있고, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다.
본 발명에 따른 반도체 스위치 장치(10)는 전력 변환기에 사용되는 반도체 스위치일 수 있다. 반도체 스위치 장치(10)는 병렬 연결되는 스위치를 활용하는 모든 전력 변환기에 사용될 수 있다. 반도체 스위치 장치(10)는 반도체 스위치가 사용되는 산업에 적용될 수 있다. 반도체 스위치 장치(10)는 자동차 산업, 가전 산업, 기타 에너지 산업에서 활용될 수 있다. 반도체 스위치 장치(10)는 전기 자동차에 활용될 수 있다.
반도체 스위치 장치(10)는 도체 소자를 포함할 수 있다. 반도체 소자는 스위칭 소자로 이름할 수 있다. 반도체 소자는 후술하는 구동부(100)의 구동 신호에 의해 턴온(turn-on) 또는 턴오프(turn-off)되는 소자일 수 있다. 반도체 소자는 온, 오프 제어가능 소자(Controllable device)를 포함할 수 있다. 반도체 소자는 단방향 전류 소자(Unidirectional current-flow device)를 포함할 수 있다. 반도체 소자는 양방향 전류 소자(bidirectional current-flow device)를 포함할 수 있다. 반도체 소자는 다이오드, GTO, BJT, MOSFET, IGBT, IGCT, FET 중 적어도 하나의 반도체 소자를 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 반도체 스위치 장치에 사용가능한 SCR 등의 다른 반도체 소자를 포함할 수 있다.
반도체 소자는 복수의 반도체 소자를 포함할 수 있다. 복수의 반도체 소자는 서로 병렬 연결될 수 있다. 복수의 반도체 소자는 병렬 연결되는 4개의 반도체 소자를 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며 본 발명에 따른 반도체 스위치 장치(10)는 3개 이상의 반도체 소자를 포함 수 있다.
이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 스위치 장치(10)의 구성에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 스위치 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 복수의 반도체 소자는 서로 병렬 연결될 수 있다. 복수의 반도체 소자는 제1 내지 제4반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제4반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)는 서로 병렬 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1반도체 소자(Q1)는 제2반도체 소자(Q2)와 병렬 접속될 수 있다. 제1반도체 소자(Q1)는 제3반도체 소자(Q3)와 병렬 접속될 수 있다. 제1반도체 소자(Q1)는 제4반도체 소자(Q4)와 병렬 접속될 수 있다.
도 1을 참조하면, 반도체 스위치 장치(10)는 구동부(100)를 포함할 수 있다. 구동부(100)는 외부로부터 구동 신호(DS)를 받을 수 있다. 구동 신호(DS)는 병렬 연결된 반도체 소자들의 종합적인 ON, OFF 신호를 의미할 수 있다. 구동 신호(DS)는 반도체 스위치 장치(10)의 종합적인 ON, OFF 신호를 의미할 수 있다. 구체적으로, 구동 신호(DS)가 로우 레벨(Low level)에서 하이 레벨(High level)로 변경될 경우, 병렬 연결된 반도체 소자들은 스위칭 온 상태로 전환될 수 있다. 구동 신호(DS)가 하이 레벨(High level)에서 로우 레벨(Low level)로 변경될 경우, 병렬 연결된 반도체 소자들은 스위칭 오프 상태로 전환될 수 있다. 구동 신호(DS)는 복수의 반도체 소자가 스위칭 온 상태 또는 스위칭 오프 상태로 전환되는 타이밍을 제공하는 신호일 수 있다. 하이 레벨의 구동 신호(DS)는 온 지령으로 칭할 수 있고, 로우 레벨의 구동 신호(DS)는 오프 지령으로 칭할 수 있다. 구동 신호(DS)는 구동부(100)에 온 지령과 오프 지령을 교대로 반복하여 제공할 수 있다.
도 1을 참조하면, 구동부(100)는 구동 신호 수신부(110)를 포함할 수 있다. 구동 신호 수신부(110)는 외부로부터 제공되는 구동 신호(DS)를 수신할 수 있다. 구동 신호 수신부(110)는 구동 신호(DS)의 하이 레벨 신호와 로우 레벨 신호를 수신할 수 있다 구동 신호 수신부(110)는 구동 신호(DS)의 온 지령과 오프 지령을 수신할 수 있다. 구동 신호 수신부(110)는 수신한 구동 신호(DS)를 후술하는 게이트 신호 생성부(130)로 제공할 수 있다.
도 1을 참조하면, 구동부(100)는 모드 신호 수신부(120)를 포함할 수 있다. 모드 신호(Mode)는 외부로부터 제공받을 수 있다. 모드 신호 수신부(120)는 제공받은 모드 신호(Mode)를 후술하는 게이트 신호 생성부(130)로 전달할 수 있다. 모드 신호(Mode)는 반도체 스위치 장치(10)에 인가되는 전류(Ic)의 크기에 따라 스위칭 온 손실과 스위치 오프 손실이 발생되는 반도체 소자의 수를 조절하는 신호일 수 있다. 이때, 반도체 스위치 장치(10)에 인가되는 전류(Ic)의 크기란, 반도체 스위치 장치(10)가 설치되는 전력 장치에서 요구되는 전류의 크기를 의미할 수 있다. 모드 신호(Mode)는 인가되는 전류(Ic)의 크기가 작을수록 스위칭 온 손실이 발생되는 반도체 소자의 수와 스위칭 오프 손실이 발생되는 반도체 소자의 수를 작게 설정할 수 있다. 반대로, 모드 신호(Mode)는 인가되는 전류(Ic)의 크기가 클수록 스위칭 온 손실이 발생되는 반도체 소자의 수와 스위칭 오프 손실이 발생되는 반도체 소자의 수를 많게 설정할 수 있다. 또한, 모드 신호(Mode)는 반도체 온 손실이 발생되는 반도체 소자의 수와 반도체 오프 손실이 발생되는 반도체 소자의 수를 동일하게 설정 또는 다르게 설정할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 모드 신호(Mode)에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 스위치 장치의 인가 전류와 모드 신호 사이의 관계를 도시한 그래프이다.
도 2는 4개의 반도체 소자가 서로 병렬 연결되는 반도체 스위치 장치(10)에서 반도체 스위치 장치(10)에 인가되는 전류(Ic)의 크기에 따른 모드 신호에 대한 그래프이다. x축은 반도체 스위치 장치(10)에 인가되는 전류(Ic)의 크기를 의미하고, y축은 모드 신호(Mode)를 의미한다. On은 스위칭 온 손실이 발생되는 반도체 스위치 소자의 수를 의미하고, Off는 스위칭 오프 손실이 발생되는 반도체 스위치 소자의 수를 의미한다. 예를 들어, 'On:1'은 병렬 연결된 복수의 반도체 소자 중 1개의 반도체 소자에서 스위칭 온 손실이 발생되는 것을 의미하고, 'Off:1'은 병렬 연결된 복수의 반도체 소자 중 1개의 반도체 소자에서 스위칭 오프 손실이 발생되는 것을 의미한다.
도 2를 참조하면, 반도체 스위치 장치(10)에 제1전류(Ic1)가 인가될 경우, 모드 신호(Mode)는 제1모드 신호(Mode 1)를 구동부(100)에 제공할 수 있다. 이 경우, 구동부(100)의 모드 신호 수신부(120)에서 제1모드 신호(Mode 1)를 수신할 수 있다. 제1모드 신호(Mode 1)는 병렬 연결되는 복수의 반도체 소자 중 1개의 반도체 소자에서 스위칭 온 손실과 스위칭 오프 손실이 발생되도록 설정된 신호일 수 있다. 이때, 스위칭 온 손실이 발생되는 반도체 소자와 스위칭 오프가 발생되는 반도체 소자는 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제4반도체 소자가 병렬 연결될 경우, 제1반도체 소자에서 스위칭 온 손실이 발생될 경우, 제2 내지 제4반도체 소자 중 어느 하나의 반도체 소자에서 스위칭 오프 손실이 발생될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않으며, 스위칭 온 손실이 발생되는 반도체 소자와 스위칭 오프가 발생되는 반도체 소자는 동일할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 모드 신호(Mode)는 반도체 스위치 장치(10)에서 요구하는 전류의 크기가 제1전류(Ic1)인 경우 제1모드 신호(Mode 1)를 구동부(100)에 제공할 수 있다. 제1모드 신호(Mode 1)는, 앞서 상술한 대로, 1개의 스위칭 온 손실과 1개의 스위칭 오프 손실이 발생되도록 제어하는 신호일 수 있다. 모드 신호(Mode)는 반도체 스위치 장치(10)에서 요구하는 전류의 크기가 제2전류(Ic2)일 경우 제2모드 신호(Mode 2)를 구동부(100)에 제공할 수 있다. 제2모드 신호(Mode 2)는 2개의 스위칭 온 손실과 1개의 스위칭 오프 손실이 발생되도록 제어하는 신호일 수 있다. 이때, 반도체 스위치 장치(10)에 인가되는 제2전류(Ic2)의 크기는 반도체 스위치 장치(10)에 인가되는 제1전류(Ic1)의 크기보다 클 수 있다. 제3모드 신호(Mode 3)는 반도체 스위치 장치(10)에서 요구하는 전류의 크기가 제3전류(Ic3)일 경우 3개의 스위칭 온 손실과 2개의 스위칭 오프 손실이 발생되도록 제어하는 신호일 수 있다. 이때, 반도체 스위치 장치(10)에 인가되는 제3전류(Ic3)의 크기는 반도체 스위치 장치(10)에 인가되는 제2전류(Ic2)의 크기보다 클 수 있다. 제4모드 신호(Mode 4)는 반도체 스위치 장치(10)에서 요구하는 전류의 크기가 제4전류(Ic4)일 경우 4개의 스위칭 온 손실과 4개의 스위칭 오프 손실이 발생되도록 제어하는 신호일 수 있다. 이때, 반도체 스위치 장치(10)에 인가되는 제4전류(Ic4)의 크기는 반도체 스위치 장치(10)에 인가되는 제3전류(Ic3)의 크기보다 클 수 있다. 또한, 제4모드 신호(Mode 4)에서는 병렬 연결된 4개의 반도체 소자 전부에서 스위칭 온 손실 및 스위칭 오프 손실이 발생될 수 있다. 이는, 반도체 스위칭 장치(10)에 인가되는 전류(Ic)의 크기가 작을 경우에는, 복수의 반도체 소자 사이에서 스위칭 온되는 타이밍을 어긋나게 하여 복수의 반도체 소자 중 일부만 스위칭 온 상태로 전환하는 것이 복수의 반도체 소자 모두를 동시에 스위칭 온 상태로 전환하는 것보다 스위칭 온 손실이 적게 발생된다. 그러나, 복수의 반도체 소자에 인가되는 전류(Ic)의 크기가 클 경우에는 복수의 반도체 소자 모두를 동시에 스위칭 온 시키는 것이 타이밍을 어긋나게 스위칭 온 시키는 것 보다 스위칭 온 손실이 적게 발생된다. 따라서, 본 발명에 따른 반도체 스위치 장치(10)는 인가되는 전류(Ic)의 크기에 따라 모드 신호를 적절히 선택하여 스위칭 온 손실이 발생되는 반도체 소자의 수와 스위칭 오프 손실이 발생되는 반도체 소자의 수를 조절하고 있다. 이를 통해, 인가되는 전류(Ic)의 크기에 따라 스위칭 온 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
반면, 스위칭 오프 손실의 경우에는, 복수의 반도체 소자에 인가되는 전류(Ic)의 크기에 따르지 않는다. 즉, 스위칭 오프되는 타이밍을 어긋나게 하여 복수의 반도체 소자 중 일부만 턴오프 상태로 전환하는 것이 동시에 턴오프 상태로 전화하는 것보다 스위칭 오프 손실이 적게 발생된다. 따라서, 본 발명에 따른 반도체 스위치 장치(10)는 제2모드 신호(Mode 2)와 제3모드 신호(Mode 3)에서 스위칭 온 손실이 발생되는 반도체 소자보다 스위칭 오프 손실이 발생되는 반도체 소자의 수를 작도록 설정하였다. 이를 통해, 인가되는 전류(Ic)의 크기에 따라 스위칭 오프 손실을 최소화할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 스위치 장치(10)는 4개의 반도체 소자가 병렬 연결되는 것을 일 예로 들었으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 따른 모드 신호(Mode)는 4개의 종류의 신호로 구분하고 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 병렬 연결되는 반도체 소자의 개수 또는 인가되는 전류(Ic)의 크기에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 구동부(100)는 구동 신호(DS)의 레벨에 따라 제1 내지 제4반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)를 온 상태 또는 오프 상태로 전환할 수 있는 게이트 신호를 생성할 수 있다. 이하에서는, 반도체 소자를 온 상태로 전환하는 게이트 신호를 게이트 온 신호로 칭하고, 반도체 소자를 오프 상태로 전환하는 게이트 신호를 게이트 오프 신호라 칭한다.
구동부(100)는 게이트 신호를 생성하는 게이트 신호 생성부(130)를 포함할 수 있다. 게이트 신호 생성부(130)는 구동 신호 수신부(110)로부터 구동 신호(DS)를 수신할 수 있다. 게이트 신호 생성부(130)는 하이 레벨의 구동 신호(DS)를 수신한 경우, 게이트 온 신호를 생성하여 복수의 반도체 소자로 제공할 수 있다. 이때, 게이트 신호 생성부(130)는 게이트 온 신호를 복수의 반도체 소자로 제공할 때, 복수의 반도체 소자 중 일부가 나머지 반도체 소자보다 먼저 스위칭 온 상태로 전환되도록 타이밍을 조절하여 제공할 수 있다. 이 경우, 먼저 게이트 온 신호를 제공받은 반도체 소자가 먼저 온 상태로 전환되고, 나머지 반도체 소자는, 먼저 게이트 온 신호를 제공받은 반도체 소자가 스위칭 온 된 상태에서 온 상태로 전환될 수 있다. 이를 통해, 먼저 게이트 온 신호를 제공받은 반도체 소자에서만 스위칭 온 손실이 발생되고, 나머지 반도체 소자에서는 스위칭 온 손실이 발생되지 않을 수 있다. 즉, 복수의 반도체 소자가 동시에 스위칭 온 되는 경우보다 스위칭 온 손실을 저감하는 효과가 있다.
게이트 신호 생성부(130)는 로우 레벨의 구동 신호(DS)를 수신한 경우, 게이트 오프 신호를 생성하여 복수의 반도체 소자로 제공할 수 있다. 게이트 신호 생성부(130)는 게이트 오프 신호를 복수의 반도체 소자로 제공할 때, 복수의 반도체 소자 중 일부가 나머지 반도체 소자보다 늦게 오프 상태로 전환되도록 타이밍을 조절하여 제공할 수 있다. 이 경우, 다른 반도체 소자보다 늦게 게이트 오프 신호를 수신한 반도체 소자에서만 스위칭 오프 손실이 발생될 수 있다. 보다 상세히, 먼저 게이트 오프 신호를 제공받은 반도체 소자가 먼저 오프 상태로 전환될 때, 늦게 게이트 오프 신호를 제공받은 반도체 소자는 온 상태를 유지하고 있어 반도체 스위치 장치(10)가 온 상태이므로, 먼저 게이트 오프 신호를 제공받은 반도체 소자는 양 단에 걸리는 전압이 0에 가까운 상태에서 오프 상태로 전환되어 스위칭 오프 손실이 발생되지 않을 수 있다. 즉, 복수의 반도체 소자가 동시에 스위칭 오프 되는 경우보다 스위칭 오프 손실을 저감하는 효과가 있다.
게이트 신호 생성부(130)는 모드 신호(Mode)를 수신할 수 있다. 게이트 신호 생성부(130)는 모드 신호(Mode)에 따라 스위칭 온 손실이 발생될 반도체 소자와 스위칭 오프 손실이 발생될 소자를 조절할 수 있다. 게이트 신호 생성부(130)는 모드 신호(Mode)에 따라 먼저 스위칭 온 상태로 전환될 반도체 소자와 스위칭 오프 상태로 전환된 반도체 소자를 선택할 수 있다. 게이트 신호 생성부(130)는 모드 신호(Mode)에 의해 결정되는 스위칭 온 손실의 수에 맞춰 구동 신호(DS)와 동시에 스위칭 온 또는 오프 상태로 전환되도록 게이트 온 신호 또는 게이트 오프 신호를 반도체 소자에 전송할 수 있다. 즉, 게이트 신호 생성부(130)는 모드 신호(Mode)와 구동 신호(DS)를 조합하여 게이트 온 신호 또는 게이트 오프 신호를 반도체 소자에 제공할 수 있다.
이하에서 본 발명에 따른 반도체 스위치 장치(10)의 동작에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 스위치 장치의 제1모드 신호에서의 구동 신호와 반도체 소자 사이의 관계를 나타낸 타이밍 도이고, 도 4는 본 발명에 따른 반도체 스위치 장치의 제2모드 신호에서의 구동 신호와 반도체 소자 사이의 관계를 나타낸 타이밍 도이다. 도 3 및 도 4의 타이밍 도는 4개의 반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)가 병렬 연결되는 반도체 스위치 장치(10)에서의 타이밍 도를 나타내고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 3개 이하의 반도체 소자 또는 5개 이상의 반도체 소자가 병렬 연결되는 반도체 스위치 장치에도 적용될 수 있다.
이하에서는 도 3을 참고하여 제1모드 신호(Mode 1)에서의 반도체 스위치 장치(10)의 작동을 설명한다. 도 3의 x축은 시간 축을 나타내고, y축은 구동 신호(DS)의 온 지령 또는 오프 지령에 따라 반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)의 온 또는 오프 상태로 전환 여부를 나타내며, 상향 화살표는 스위칭 온 손실을, 하향 화살표는 스위칭 오프 손실을 나타낸다. x축의 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T4)은 구동 신호(DS)의 온 지령과 오프 지령이 반복되는 구간 또는 구동 신호(DS)의 온 지령과 오프 지령이 반복되는 사이클을 의미할 수 있다.
제1모드 신호(Mode 1)는, 앞서 상술한 대로, 한 번의 스위칭 온 손실과 한 번의 스위칭 오프 손실이 발생되도록 제어하는 신호일 수 있다. 이때, 제1 내지 제4반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4) 각각은 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T4)에서 한 번의 스위칭 온 손실 및 한 번의 스위칭 오프 손실이 발생될 수 있다. 이때, 구동부(100)는 병렬 연결된 복수의 반도체 소자 각각이 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T4)에서 한 번의 스위칭 온 손실과 한 번의 스위칭 오프 손실이 발생되도록 게이트 온 신호 및 게이트 오프 신호의 타이밍을 조절할 수 있다. 즉, 제1반도체 소자(Q1)는 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T4)에서 한 번의 스위칭 온 손실과 한 번의 스위칭 오프 손실이 발생될 수 있다. 제2반도체 소자(Q2)는 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T4)에서 한 번의 스위칭 온 손실과 한 번의 스위칭 오프 손실이 발생될 수 있다. 제3반도체 소자(Q3)는 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T4)에서 한 번의 스위칭 온 손실과 한 번의 스위칭 오프 손실이 발생될 수 있다. 제4반도체 소자(Q4)는 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T4)에서 한 번의 스위칭 온 손실과 한 번의 스위칭 오프 손실이 발생될 수 있다. 이 경우, 스위칭 온 손실과 스위칭 오프 손실을 복수의 반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)에 분배할 수 있고, 이를 통해 반도체 소자의 온 또는 오프 동작에 의한 피로도(Fatigue)를 골고루 분배하여 각 반도체 소자 및 반도체 스위치 장치의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 구동부(100)는 제1구간(T1)에서 스위칭 온 손실과 스위칭 오프 손실이 각각 한 번씩 발생되도록 복수의 반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)로 인가되는 게이트 온 신호 및 게이트 오프 신호의 타이밍을 조절할 수 있다. 일 예로, 도 3을 참고하면, 구동부(100)는 게이트 온 신호를 제1반도체 소자(Q1)에 먼저 인가하여 제1반도체 소자(Q1)에서 스위칭 온 손실이 발생되도록 제어하고, 게이트 오프 신호를 제3반도체 소자(Q3)에 늦게 인가하여 제3반도체 소자(Q3)에서 스위칭 오프 손실이 발생되도록 제어할 수 있다.
구동부(100)는 제2구간(T2)에서 스위칭 온 손실과 스위칭 오프 손실이 각각 한 번씩 발생되도록 복수의 반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)로 인가되는 게이트 온 신호 및 게이트 오프 신호의 타이밍을 조절할 수 있다. 일 예로, 도 3을 참고하면, 구동부(100)는 게이트 온 신호를 제2반도체 소자(Q2)에 먼저 인가하여 제2반도체 소자(Q2)에서 스위칭 온 손실이 발생되도록 제어하고, 게이트 오프 신호를 제4반도체 소자(Q4)에 늦게 인가하여 제4반도체 소자(Q4)에서 스위칭 오프 손실이 발생되도록 제어할 수 있다.
구동부(100)는 제3구간(T3)에서 스위칭 온 손실과 스위칭 오프 손실이 각각 한 번씩 발생되도록 복수의 반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)로 인가되는 게이트 온 신호 및 게이트 오프 신호의 타이밍을 조절할 수 있다. 일 예로, 도 3을 참고하면, 구동부(100)는 게이트 온 신호를 제3반도체 소자(Q3)에 먼저 인가하여 제3반도체 소자(Q3)에서 스위칭 온 손실이 발생되도록 제어하고, 게이트 오프 신호를 제1반도체 소자(Q1)에 늦게 인가하여 제1반도체 소자(Q1)에서 스위칭 오프 손실이 발생되도록 제어할 수 있다.
구동부(100)는 제4구간(T4)에서 스위칭 온 손실과 스위칭 오프 손실이 각각 한 번씩 발생되도록 복수의 반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)로 인가되는 게이트 온 신호 및 게이트 오프 신호의 타이밍을 조절할 수 있다. 일 예로, 도 3을 참고하면, 구동부(100)는 게이트 온 신호를 제4반도체 소자(Q4)에 먼저 인가하여 제4반도체 소자(Q4)에서 스위칭 온 손실이 발생되도록 제어하고, 게이트 오프 신호를 제2반도체 소자(Q2)에 늦게 인가하여 제2반도체 소자(Q2)에서 스위칭 오프 손실이 발생되도록 제어할 수 있다. 이 경우, 스위칭 온 손실과 스위칭 오프 손실을 복수의 반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)에 분배할 수 있고, 이를 통해 반도체 소자의 온 또는 오프 동작에 의한 피로도(Fatigue)를 골고루 분배하여 각 반도체 소자 및 반도체 스위치 장치의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 도 4를 참고하여 제2모드 신호(Mode 2)에서의 반도체 스위치 장치(10)의 작동을 설명한다. 도 4의 x축은 시간 축을 나타내고, y축은 구동 신호(DS)의 온 지령 또는 오프 지령에 따라 복수의 반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)의 온 또는 오프 상태로 전환 여부를 나타내며, 상향 화살표는 스위칭 온 손실의 발생을, 하향 화살표는 스위칭 오프 손실의 발생을 나타낸다. x축의 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T4)은 구동 신호(DS)의 온 지령과 오프 지령이 반복되는 구간 또는 구동 신호(DS)의 온 지령과 오프 지령이 반복되는 사이클을 의미할 수 있다.
제2모드 신호(Mode 2)는, 두 번의 스위칭 온 손실과 한 번의 스위칭 오프 손실이 발생되도록 제어하는 신호일 수 있다. 이때, 제1 내지 제4반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4) 각각은 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T4) 전체에서 두 번의 스위칭 온 손실 및 한 번의 스위칭 오프 손실이 발생될 수 있다. 이때, 구동부(100)는 병렬 연결된 복수의 반도체 소자 각각이 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T4) 전체에서 두 번의 스위칭 온 손실과 한 번의 스위칭 오프 손실이 발생되도록 게이트 온 신호 및 게이트 오프 신호의 타이밍을 조절할 수 있다. 즉, 제1반도체 소자(Q1)는 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T4)에서 두 번의 스위칭 온 손실과 한 번의 스위칭 오프 손실이 발생될 수 있다. 제2반도체 소자(Q2)는 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T4)에서 두 번의 스위칭 온 손실과 한 번의 스위칭 오프 손실이 발생될 수 있다. 제3반도체 소자(Q3)는 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T4)에서 두 번의 스위칭 온 손실과 한 번의 스위칭 오프 손실이 발생될 수 있다. 제4반도체 소자(Q4)는 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T4)에서 두 번의 스위칭 온 손실과 한 번의 스위칭 오프 손실이 발생될 수 있다. 이 경우, 스위칭 온 손실과 스위칭 오프 손실을 복수의 반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)에 분배할 수 있고, 이를 통해 반도체 소자의 온 또는 오프 동작에 의한 피로도(Fatigue)를 골고루 분배하여 각 반도체 소자 및 반도체 스위치 장치의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 구동부(100)는 제1구간(T1)에서 두 번의 스위칭 온 손실과 한 번의 스위칭 오프 손실이 발생되도록 복수의 반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)로 인가되는 게이트 온 신호 및 게이트 오프 신호의 타이밍을 조절할 수 있다. 일 예로, 도 4를 참고하면, 구동부(100)는 게이트 온 신호를 제1 및 제4반도체 소자(Q1, Q4)에 먼저 인가하여 제1 및 제4반도체 소자(Q1, Q4)에서 스위칭 온 손실이 발생되도록 제어하고, 게이트 오프 신호를 제3반도체 소자(Q3)에 늦게 인가하여 제3반도체 소자(Q3)에서 스위칭 오프 손실이 발생되도록 제어할 수 있다.
구동부(100)는 제2구간(T2)에서 두 번의 스위칭 온 손실과 한 번의 스위칭 오프 손실이 발생되도록 복수의 반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)로 인가되는 게이트 온 신호 및 게이트 오프 신호의 타이밍을 조절할 수 있다. 일 예로, 도 4를 참고하면, 구동부(100)는 게이트 온 신호를 제1 및 제2반도체 소자(Q1, Q2)에 먼저 인가하여 제1 및 제2반도체 소자(Q1, Q2)에서 스위칭 온 손실이 발생되도록 제어하고, 게이트 오프 신호를 제4반도체 소자(Q4)에 늦게 인가하여 제4반도체 소자(Q4)에서 스위칭 오프 손실이 발생되도록 제어할 수 있다.
구동부(100)는 제3구간(T3)에서 두 번의 스위칭 온 손실과 한 번의 스위칭 오프 손실이 발생되도록 복수의 반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)로 인가되는 게이트 온 신호 및 게이트 오프 신호의 타이밍을 조절할 수 있다. 일 예로, 도 4를 참고하면, 구동부(100)는 게이트 온 신호를 제2 및 제3반도체 소자(Q2, Q3)에 먼저 인가하여 제2 및 제3반도체 소자(Q2, Q3)에서 스위칭 온 손실이 발생되도록 제어하고, 게이트 오프 신호를 제1반도체 소자(Q1)에 늦게 인가하여 제1반도체 소자(Q1)에서 스위칭 오프 손실이 발생되도록 제어할 수 있다.
구동부(100)는 제4구간(T4)에서 두 번의 스위칭 온 손실과 한 번의 스위칭 오프 손실이 발생되도록 복수의 반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)로 인가되는 게이트 온 신호 및 게이트 오프 신호의 타이밍을 조절할 수 있다. 일 예로, 도 4를 참고하면, 구동부(100)는 게이트 온 신호를 제3 및 제4반도체 소자(Q3, Q4)에 먼저 인가하여 제3 및 제4반도체 소자(Q3, Q4)에서 스위칭 온 손실이 발생되도록 제어하고, 게이트 오프 신호를 제2반도체 소자(Q2)에 늦게 인가하여 제2반도체 소자(Q2)에서 스위칭 오프 손실이 발생되도록 제어할 수 있다. 이 경우, 스위칭 온 손실과 스위칭 오프 손실을 복수의 반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)에 분배할 수 있고, 이를 통해 반도체 소자의 온 또는 오프 동작에 의한 피로도(Fatigue)를 골고루 분배하여 각 반도체 소자 및 반도체 스위치 장치의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
제3모드 신호(Mode 3)는, 세 번의 스위칭 온 손실과 두 번의 스위칭 오프 손실이 발생되도록 제어하는 신호일 수 있다. 이때, 제1 내지 제4반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4) 각각은 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T4) 전체에서 세 번의 스위칭 온 손실 및 두 번의 스위칭 오프 손실이 발생될 수 있다. 이때, 구동부(100)는 병렬 연결된 복수의 반도체 소자 각각이 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T4) 전체에서 세 번의 스위칭 온 손실과 두 번의 스위칭 오프 손실이 발생되도록 게이트 온 신호 및 게이트 오프 신호의 타이밍을 조절할 수 있다. 즉, 제1반도체 소자(Q1)는 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T4)에서 세 번의 스위칭 온 손실과 두 번의 스위칭 오프 손실이 발생될 수 있다. 제2반도체 소자(Q2)는 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T4)에서 세 번의 스위칭 온 손실과 두 번의 스위칭 오프 손실이 발생될 수 있다. 제3반도체 소자(Q3)는 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T4)에서 세 번의 스위칭 온 손실과 두 번의 스위칭 오프 손실이 발생될 수 있다. 제4반도체 소자(Q4)는 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T4)에서 세 번의 스위칭 온 손실과 두 번의 스위칭 오프 손실이 발생될 수 있다. 또한, 구동부(100)는 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T3) 각각에서 세 번의 스위칭 온 손실과 두 번의 스위칭 오프 손실이 발생되도록 복수의 반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)로 인가되는 게이트 온 신호 및 게이트 오프 신호의 타이밍을 조절할 수 있다. 이 경우, 스위칭 온 손실과 스위칭 오프 손실을 복수의 반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)에 분배할 수 있고, 이를 통해 반도체 소자의 온 또는 오프 동작에 의한 피로도(Fatigue)를 골고루 분배하여 각 반도체 소자 및 반도체 스위치 장치의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
제4모드 신호(Mode 4)는, 네 번의 스위칭 온 손실과 네 번의 스위칭 오프 손실이 발생되도록 제어하는 신호일 수 있다. 이때, 제1 내지 제4반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4) 각각은 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T4) 전체에서 네 번의 스위칭 온 손실 및 네 번의 스위칭 오프 손실이 발생될 수 있다. 이때, 구동부(100)는 병렬 연결된 복수의 반도체 소자 각각이 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T4) 전체에서 네 번의 스위칭 온 손실과 네 번의 스위칭 오프 손실이 발생되도록 게이트 온 신호 및 게이트 오프 신호의 타이밍을 조절할 수 있다. 또한, 구동부(100)는 제1 내지 제4구간(T1, T2, T3, T3) 각각에서 네 번의 스위칭 온 손실과 네 번의 스위칭 오프 손실이 발생되도록 복수의 반도체 소자(Q1, Q2, Q3, Q4)로 인가되는 게이트 온 신호 및 게이트 오프 신호의 타이밍을 조절할 수 있다.
이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 스위치 장치(10)의 구성에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 스위치 장치의 구성도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 스위치 장치(10)는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 스위치 장치(10)와 모드 신호 수신부(110)를 제외하고는 동일한 구성을 갖는다. 이하에서는, 동일 구성에 대하여는 동일한 도면 부호를 부여하고 자세한 설명은 생략한다.
다른 실시예에 따른 반도체 스위치 장치(10)는 구동부(100)를 포함할 수 있다. 구동부(100)는 구동 신호 수신부(110), 게이트 신호 생성부(130), 모드 신호 생성부(140)를 포함할 수 있다. 구동 신호 수신부(110)와 게이트 신호 생성부(130)는 일 실시예에 따른 반도체 스위치 장지(10)의 구성과 동일한 것으로 자세한 설명을 생략한다.
모드 신호 생성부(140)는 반도체 스위치 장치(10)에 인가되는 전류(Ic)의 크기를 측정할 수 있다. 모드 신호 생성부(140)는 반도체 스위치 장치(10)에 인가되는 전류(Ic)의 크기를 측정하여 모드 신호(Mode)를 생성할 수 있다. 모드 신호 생성부(140)는 인가되는 전류(Ic)의 크기에 따라 다른 모드 신호(Mode)를 생성할 수 있다. 모드 신호 생성부(140)는 제1전류(Ic1)가 인가될 경우 제1모드 신호(Mode 1)를 생성하고, 제2전류(Ic2)가 인가될 경우 제2모드 신호(Mode 2)를 생성하고, 제3전류(Ic3)가 인가될 경우 제3모드 신호(Mode 3)를 생성하고, 제4전류(Ic4)가 인가될 경우 제4모드 신호(Mode 4)를 생성할 수 있다. 모드 신호 생성부(140)는 생성된 모드 신호(Mode)를 게이트 신호 생성부(130)에 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 스위치 장치(10)는 병렬 연결되는 복수의 반도체 소자의 스위칭 손실을 저감할 수 있다. 또한, 모드 신호(Mode)에 따라 스위칭 온 손실 또는 스위칭 오프 손실이 발생되는 반도체 소자의 수를 조절하여 스위칭 손실을 최소화할 수 있다. 또한, 스위칭 손실의 분배를 통해 반도체 소자의 동작에 의한 피로도(Fatigue)를 분배하여 반도체 소자 또는 반도체 스위치 장치의 수명을 연장할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
10: 반도체 스위칭 장치
100: 구동부
Q1, Q2, Q3, Q4: 제1 내지 제4반도체 소자
DS: 구동신호
Mode 1: 제1모드 신호
Mode 2: 제2모드 신호
Mode 3: 제3모드 신호
Mode 4: 제4모드 신호

Claims (10)

  1. 서로 병렬 접속되는 복수의 반도체 소자; 및
    구동 신호를 받아 상기 복수의 반도체 소자 각각을 스위치 온 상태 또는 스위치 오프 상태로 전환하는 구동부를 포함하고,
    상기 구동부는 상기 복수의 반도체 소자의 스위치 온 상태로의 전환 시기 또는 스위치 오프 상태로의 전환 시기를 다르게 조절하고,
    스위칭 온 손실이 발생되는 반도체 소자의 수와 스위칭 오프 손실이 발생되는 반도체 소자의 수는 모드 신호에 따라 결정되는 반도체 스위치 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모드 신호는 외부로부터 제공되는 반도체 스위치 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모드 신호는 상기 복수의 반도체 소자에 인가되는 전류의 크기에 의해 결정되는 반도체 스위치 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모드 신호는 상기 복수의 반도체 소자에 인가되는 전류의 크기가 커질수록 상기 스위칭 온 손실이 발생되는 반도체 소자의 수가 증가하도록 설정되는 반도체 스위치 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 반도체 소자에 인가되는 전류의 크기는 제1전류와, 상기 제1전류보다 큰 제2전류를 포함하고,
    상기 제1전류가 인가될 경우의 스위칭 온 손실이 발생되는 반도체 소자의 수는 상기 제2전류가 인가될 경우의 스위칭 온 손실이 발생되는 반도체 소자의 수보다 적은 반도체 스위치 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 모드 신호는 상기 구동부에서 생성되는 반도체 스위치 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 반도체 소자에 인가되는 전류의 크기를 측정하여 모드 신호를 생성하는 모드 신호 생성부를 포함하고,
    상기 모드 신호 생성부는 측정된 상기 전류의 크기가 클수록 상기 스위칭 온 손실이 발생되는 반도체 소자의 수가 증가하도록 제어하는 반도체 스위치 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 반도체 소자는 제1 내지 제4반도체 소자를 포함하고,
    상기 제1 내지 제4반도체 소자는 상기 구동 신호가 제공되는 전체 구간에서 작동되고,
    상기 제1 내지 제4반도체 소자 각각은 상기 전체 구간동안 동일한 수의 반도체 스위칭 온 손실 또는 반도체 스위칭 오프 손실이 발생되는 반도체 스위치 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 반도체 소자는 제1 내지 제4반도체 소자를 포함하고,
    상기 제1 내지 제4반도체 소자는 상기 구동 신호가 제공되는 전체 구간에서 작동되고,
    상기 구동 신호는 상기 전체 구간 동안 스위치 온 신호와 스위치 오프 신호를 교대로 반복하여 제공하고,
    상기 전체 구간은 상기 스위치 온 신호와 상기 스위치 오프 신호를 교대로 반복되는 제1 내지 제4구간을 포함하고,
    상기 스위칭 온 손실이 발생되는 반도체 소자의 수는 상기 제1 내지 제4구간 각각에서 동일하고,
    상기 스위칭 오프 손실이 발생되는 반도체 소자의 수는 상기 제1 내지 제4구간 각각에서 동일한 반도체 스위치 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 인가되는 전류의 크기가 임계 크기를 초과한 경우 상기 복수의 반도체 소자는 동시에 스위치 온 및 스위치 오프 상태로 전환하는 반도체 스위치 장치.
KR1020200136969A 2020-10-21 2020-10-21 반도체 스위치 장치 KR102403150B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200136969A KR102403150B1 (ko) 2020-10-21 2020-10-21 반도체 스위치 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200136969A KR102403150B1 (ko) 2020-10-21 2020-10-21 반도체 스위치 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220052712A true KR20220052712A (ko) 2022-04-28
KR102403150B1 KR102403150B1 (ko) 2022-05-27

Family

ID=81446839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200136969A KR102403150B1 (ko) 2020-10-21 2020-10-21 반도체 스위치 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102403150B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0690151A (ja) * 1992-06-26 1994-03-29 Kollmorgen Technol Corp 並列トランジスタのスイッチング損失を強制分担させるための装置及び方法
KR20010039683A (ko) * 1999-06-29 2001-05-15 가와다 미쓰구 반도체 소자를 구비하는 스위칭 회로 및 그 제어 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0690151A (ja) * 1992-06-26 1994-03-29 Kollmorgen Technol Corp 並列トランジスタのスイッチング損失を強制分担させるための装置及び方法
KR20010039683A (ko) * 1999-06-29 2001-05-15 가와다 미쓰구 반도체 소자를 구비하는 스위칭 회로 및 그 제어 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102403150B1 (ko) 2022-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100353293B1 (ko) 직렬회로반도체스위치의구동방법및회로장치
US7253540B1 (en) Method for operating a parallel arrangement of semiconductor power switches
WO2005104743A3 (en) Adaptive gate drive for switching devices of inverter
US10020731B2 (en) Power switch circuit
EP3029821B1 (en) Semiconductor device and power conversion device
US20190326903A1 (en) Drive circuit, power module and electric power conversion system
JP2021064933A (ja) スイッチの駆動制御の外部調節
JP2009011013A (ja) 電力変換装置
JP2016146717A (ja) スイッチング回路及び半導体装置
Shahverdi et al. Active gate drive solutions for improving SiC JFET switching dynamics
JP6314053B2 (ja) 電力変換装置及びその制御方法
KR102403150B1 (ko) 반도체 스위치 장치
CN113765339B (zh) 避免并联式半导体开关中的寄生振荡的方法及对应的装置
JP2020096444A (ja) スイッチング回路
JP6739865B2 (ja) 半導体装置
US8907716B2 (en) Systems and methods for control of power semiconductor devices
JP4971603B2 (ja) 電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動方法
JP2016213659A (ja) 半導体スイッチ回路
KR102726797B1 (ko) 전력변환장치용 스위칭소자의 구동 제어 장치 및 방법
US11831305B2 (en) Circuit arrangement for switching switch elements
CN111313880B (zh) 一种单电源门极边沿可控驱动电路
WO2016192799A1 (en) Parallel-coupled switching devices and switch-mode power converter
US10505536B2 (en) Gate driving circuit
JP2006238547A (ja) 電圧駆動素子の駆動回路
WO2024154283A1 (ja) ゲートドライブ回路及び半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20201021

PA0201 Request for examination
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20211116

Patent event code: PE09021S01D

PG1501 Laying open of application
E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20220510

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20220524

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20220525

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration