KR20220158777A - 높은 유도성 부하를 위한 보호 회로 - Google Patents

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호세 데 헤수스 오르티즈-아길라르
로드리게스 마리오 알레한드로 로드리게스
호르헤 곤잘레스-아마야
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비테스코 테크놀로지스 유에스에이 엘엘씨
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Abstract

구동 회로가 개시된다. 구동 회로는 전력 공급부와 유도성 부하 사이에 결합된 고압측 스위치, 및 부하와 접지 사이에 결합된 저압측 스위치를 포함한다. 전류 감지 디바이스는 고압측 스위치, 저압측 스위치 및 부하와 직렬 연결된다. 제어 회로는 고압측 스위치와 저압측 스위치를 제어한다. 제어 회로는 전류 감지 디바이스의 출력에 결합된 입력을 더 포함하고, 전류 감지 디바이스의 출력에 기초하여 유도성 부하의 제1 단자와 제2 단자 사이에 선택적으로 전류 경로를 제공하도록 구성된다. 전류 경로는 과전류 상태가 존재할 때 제공되며, 과전류 상태에 응답하여 유도성 부하에 저장된 에너지를 소산시킨다.

Description

높은 유도성 부하를 위한 보호 회로
본 발명은 일반적으로 보호 회로부에 관한 것으로, 보다 상세하게는 과전류 상태 동안 유도성 부하의 고에너지를 처리하기 위한 보호 회로에 관한 것이다.
도 1은 유도성 부하(L)를 위한 종래의 구동 회로(10)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 구동 회로(10)는 전력 공급부(VDC)와 부하(L)의 제1 단자 사이에 연결된 고압측 스위치(12); 및 부하(L)의 제2 단자와 접지 기준 사이에 연결된 저압측 스위치(14)를 포함한다. 저항기와 같은 전류 감지 디바이스(16)는 고압측 스위치(12), 부하(L) 및 저압측 스위치(14)와 직렬 연결된다. 다이오드(18)는 고압측 스위치(12)와 부하(L) 사이의 노드와 접지 기준 사이에 연결된다. 펄스 폭 변조(PMW) 모드의 일 배열에서, PWM 제어 신호는 고압측 스위치(12)의 제어 (게이트) 단자에 인가되고, 인에이블 제어 신호는 저압측 스위치(14)의 제어 (게이트) 단자에 인가된다.
도 2는 정상 동작 동안 시간의 함수로서 부하(L)의 전류를 도시한다. 여기서, 저압측 스위치(14)는 턴온되는 반면, 고압측 스위치(12)는 제어 단자에 인가된 PWM 제어 신호에 기초하여 턴온/턴오프된다. 도시된 바와 같이, 부하 전류는 피크로 상승하는 단계에서 0으로부터 증가하고, 그런 다음 활성화 종료 단계에서 0으로 떨어지기 전에 유지 단계에서 전류 레벨 범위 내에서 유지된다. 고압측 스위치(12)와 저압측 스위치(14)가 턴오프될 때, 부하(L)의 에너지는 일반적으로 저압측 스위치(14)와 병렬로 연결된 클램핑 요소(19)에 의해 소산된다. 클램핑 요소(19)는 과도 전압 억제(TVS) 다이오드와 같은 다이오드일 수 있으며, 별도의 구성요소(들)로 구현되거나 저압측 스위치(14)와 일체로 (즉, 저압측 스위치(14)의 바디 다이오드로) 형성된다. 클램핑 요소(19)의 클램핑 전압은 일반적으로 전력 공급부(VDC)의 전압보다 크다.
부하(L)의 정상 작동 동안, 예를 들어, 고압측 스위치(12)에 연결된 부하(L)의 단자가 전력 공급부(VDC)에 단락되는 전압 공급부 단락 상태와 같은 결함 상태가 발생할 수 있다. 전류 감지 디바이스(16)의 출력을 사용하여 과전류를 검출한 것에 응답하여 고압측 스위치(12)와 저압측 스위치(14)가 턴오프되는 경우, 많은 양의 에너지가 부하(L)에 저장될 수 있다. 스위치(12)와 스위치(14)가 턴오프되는 경우, 부하(L)는 클램핑 요소(19)를 통해 에너지를 방출한다. 높은 인덕턴스 부하(L)의 경우, 많은 양의 에너지가 부하(L)에 저장된다. 클램핑 요소(19)에 대한 클램핑 전압은 스위치(12)와 스위치(14)의 빠른 턴오프 시간을 보장하기 위해 전력 공급부(VDC)의 전압보다 상당히 높을 수 있고, 예를 들어, 50V 클램핑 전압 대 10V 전력 공급부 전압(VDC)일 수 있다. 클램핑 요소(19)는 일반적으로 회로가 턴오프되기 전에 부하(L)에 의해 결정되는 반복적인 에너지와 예상되는 더 높은 조절된 전류 또는 더 적은 양의 에너지를 견디거나 저압측 스위치(14)와 부하(L) 사이의 하드 단락(hard short circuit)(즉, 무부하)에 대응하는 고전류를 견디도록 구성되고, 고압측 스위치(12)가 연결된 부하(L)의 단자가 전력 공급부(VDC)에 단락될 때 부하(L)에 저장된 높은 에너지 레벨의 단일 이벤트를 견디도록 구성되지 않는다. 그 결과, 저압측 스위치(14) 및/또는 클램핑 요소(19)는 부하(L)에 저장된 에너지가 소산되는 동안 손상될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예는 기존 보호 회로의 단점을 극복하고, 단락 및/또는 과전류 상태로 인한 향상된 보호를 제공하는 회로에 대한 요구를 충족시킨다. 예시적인 실시예에 따르면, 유도성 부하를 위한 구동 회로로서, 전력 공급부에 결합된 제1 전도성 단자, 유도성 부하의 제1 단자에 결합된 제2 전도성 단자, 및 제어 단자를 갖는 고압측 스위치; 및 이 유도성 부하의 제2 단자에 결합된 제1 전도성 단자, 접지 기준에 결합된 제2 전도성 단자, 및 제어 단자를 갖는 저압측 스위치를 포함하는 구동 회로가 개시된다. 전류 감지 디바이스는 고압측 스위치, 저압측 스위치 및 유도성 부하와 직렬로 연결된다. 클램핑 구성요소는 저압측 스위치와 병렬로 연결된다. 클램핑 구성요소는 클램핑 구성요소 양단의 전압을 전력 공급부에 대응하는 전압보다 큰 클램핑 전압 이하로 클램핑한다. 고압측 스위치의 제어 단자에 결합된 제1 출력, 및 저압측 스위치의 제어 단자에 결합된 제2 출력을 갖는 제어 회로는 고압측 스위치와 저압측 스위치를 선택적으로 턴온/턴오프한다. 제어 회로는 전류 감지 디바이스의 출력에 결합된 입력을 더 포함하고, 제어 회로는 전류 감지 디바이스의 출력에 기초하여 유도성 부하의 제1 단자와 제2 단자 사이에 선택적으로 전류 경로를 제공하도록 구성된다. 전류 경로는 유도성 부하의 에너지를 소산시킨다.
제어 회로는 전류 감지 디바이스의 출력에 기초하여 유도성 부하의 적어도 제1 단자에서 단락 상태를 검출하고, 검출에 응답하여 전류 경로를 제공한다.
구동 회로는 다이오드를 더 포함하고, 다이오드는 전류 경로의 일부이고, 전류 감지 디바이스의 출력에 기초하여 부하의 제1 단자와 제2 단자 양단에 연결된다.
구동 회로는 부하의 제1 단자와 제2 단자 양단에 다이오드와 직렬 연결된 제3 스위치를 더 포함하고, 제어 회로는 제3 스위치의 제어 단자에 결합된 출력을 갖는 타이머 회로를 포함한다. 타이머 회로는 제1 시간 기간 동안 제3 스위치를 활성화시킨다.
제어 회로는 전류 감지 디바이스의 출력에 기초하여 부하를 통해 과전류 상태를 검출하고, 과전류 상태를 검출한 후 타이머 회로를 활성화시킨다.
타이머 회로는 카운터 회로부, 및 이 카운터 회로부의 출력에 결합된 입력과, 제3 스위치의 제어 단자에 연결된 출력을 갖는 래치 회로를 포함한다.
제어 회로는 프로세서 또는 제어기를 포함하고, 타이머 회로는 프로세서 또는 제어기의 일부이다.
제어 회로가 유도성 부하의 제1 단자와 제2 단자 사이에 전류 경로를 제공할 때 고압측 스위치와 저압측 스위치는 제어 회로에 의해 턴오프된다.
유도성 부하를 구동하는 방법은 전력 공급부 단자와 유도성 부하의 제1 단자 사이에 고압측 스위치를 연결하고, 유도성 부하의 제2 단자와 접지 기준 사이에 저압측 스위치를 연결하는 단계를 포함한다. 방법은 고압측 스위치와 저압측 스위치를 선택적으로 턴온/턴오프하는 단계를 더 포함하고, 고압측 스위치와 저압측 스위치 중 하나는 펄스 폭 변조 제어 신호를 사용하여 턴온/오프되고, 고압측 스위치와 저압측 스위치 중 다른 하나는 인에이블 제어 신호를 사용하여 턴온/턴오프된다. 방법은 또한 임계 전류 레벨을 초과하는 유도성 부하의 전류를 검출하는 단계를 포함한다. 검출한 후, 방법은 고압측 스위치와 저압측 스위치를 턴오프하고, 유도성 부하를 프리휠링(free-wheeling) 상태로 구성하는 단계를 포함한다.
고압측 스위치와 저압측 스위치를 턴오프하고, 유도성 부하를 프리휠링 상태로 구성하는 단계는 소정의 시간 기간 동안 발생한다.
유도성 부하를 프리휠링 상태로 구성하는 단계는 유도성 부하의 제1 단자와 제2 단자 사이에 다이오드를 제공하는 단계를 포함한다.
방법은 저압측 스위치 양단의 전압을 전력 공급부 단자의 전압 레벨보다 큰 클램핑 전압으로 클램핑하는 단계를 더 포함한다.
고압측 스위치와 저압측 스위치를 턴오프하고 유도성 부하를 프리휠링 상태로 구성하는 단계는 미리 정해진 시간 기간 동안 발생한다.
다른 예시적인 실시예는 유도성 부하를 위한 구동 회로로서, 전력 공급부에 결합된 제1 전도성 단자, 유도성 부하의 제1 단자에 결합된 제2 전도성 단자, 및 제어 단자를 갖는 고압측 스위치; 접지 기준에 결합된 제1 전도성 단자, 유도성 부하의 제2 단자에 결합된 제2 전도성 단자, 및 제어 단자를 갖는 저압측 스위치; 및 고압측 스위치, 저압측 스위치 및 유도성 부하와 직렬로 연결된 전류 감지 디바이스를 포함하는, 구동 회로에 관한 것이다. 제어 회로는 고압측 스위치의 제어 단자에 결합된 제1 출력, 및 저압측 스위치의 제어 단자에 결합된 제2 출력을 갖는다. 제어 회로는 미리 결정된 유도성 부하 구동 방식에 따라 고압측 스위치와 저압측 스위치를 선택적으로 턴온/턴오프한다. 제어 회로는 전류 감지 디바이스의 출력에 결합된 입력을 포함한다. 제어 회로는 유도성 부하의 과전류 상태를 검출하고, 검출에 응답하여 유도성 부하에 저장된 에너지를 소산시키도록 유도성 부하를 선택적으로 프리휠링 상태로 구성하도록 구성된다. 유도성 부하가 프리휠링 상태에 있을 때 고압측 스위치와 저압측 스위치는 제어 회로에 의해 턴오프된다.
구동 회로는 다이오드를 더 포함하고, 다이오드는 프리휠링 상태 동안 유도성 부하의 제1 단자와 제2 단자 양단에 연결된 전류 경로의 일부이다.
구동 회로는 유도성 부하의 제1 단자와 제2 단자 양단에 다이오드와 직렬 연결된 제3 스위치를 더 포함한다. 제어 회로는 제3 스위치의 제어 단자에 결합된 출력을 갖는 타이머 회로를 포함하고, 타이머 회로는 소정의 시간 기간 동안 제3 스위치를 활성화시킨다.
구성에서, 타이머 회로는 카운터 회로부, 및 이 카운터 회로부의 출력에 결합된 입력과, 제3 스위치의 제어 단자에 연결된 출력을 갖는 래치 회로를 포함한다.
다른 구성에서, 제어 회로는 마이크로프로세서 또는 마이크로제어기를 포함하고, 타이머 회로부는 마이크로프로세서 또는 마이크로제어기의 일부이다.
제어 회로는 펄스폭 변조 신호를 사용하여 고압측 스위치와 저압측 스위치 중 하나를 제어하고, 인에이블 제어 신호를 사용하여 고압측 스위치와 저압측 스위치 중 다른 하나를 제어한다.
본 발명의 양태는 도면과 함께 예시적인 실시예를 참조하여 아래에서 상세히 설명된다.
도 1은 유도성 부하를 위한 종래의 구동 회로의 단순화된 개략도이다.
도 2는 부하를 구동하는 정상 동작 동안 유도성 부하의 전류 파형이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 유도성 부하를 위한 구동 회로의 단순화된 개략도이다.
도 4는 단락 상태가 없는 경우, 도 1의 종래의 구동 회로에 따른 단락 상태가 있는 경우, 및 도 3의 구동 회로에 따른 단락 상태가 있는 경우의 유도성 부하의 동작을 나타내는 전류 파형이다.
도 5는 단락이 있거나 없는 도 1의 구동 회로에 따른 유도성 부하와 관련된 전류 및 전력의 시뮬레이션 파형이다.
도 6은 단락이 있거나 없는 도 3의 구동 회로에 따른 유도성 부하와 관련된 전류 및 전력의 시뮬레이션 파형이다.
예시적인 실시예(들)의 이하의 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것일 뿐, 본 발명, 그 적용 또는 사용을 제한하려고 의도된 것이 아니다. 도면 및 상세한 설명 전반에 걸쳐 동일한 참조 번호를 사용하여 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다. 명확성을 위해, 요소는 달리 언급되지 않는 한, 축척에 맞게 도시된 것이 아니다.
예시적인 실시예는 일반적으로 부하(L)를 통한 과전류 상태를 검출할 때 부하(L)를 프리휠링 상태에 놓는 것에 관한 것이다. 클램핑 요소(19)를 통해 소산시키는 대신 이러한 방식으로 부하(L)의 에너지를 소산시킴으로써, 높은 에너지 레벨은 클램핑 요소(19)를 통해 소산되지 않아서 클램핑 요소(19)와 저압측 스위치(14)에 대한 손상 가능성을 줄이는 역할을 한다.
도 3은 예시적인 실시예에 따라 유도성 부하(L)를 구동하기 위한 구동 회로(30)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 구동 회로(30)는 전력 공급부(VDC)와 부하(L) 사이에 연결된 고압측 스위치(12), 부하(L)와 접지 사이에 연결된 저압측 스위치(14), 고압측 스위치(12), 저압측 스위치(14) 및 부하(L)와 직렬로 연결된 전류 감지 디바이스(16), 및 고압측 스위치(12)와 부하(L)를 연결하는 노드와 접지 사이에 연결된 다이오드(18)를 포함한다. 이 특정 실시예에서, PWM 제어 신호가 고압측 스위치(12)의 제어 단자에 인가되고, 인에이블 제어 신호가 저압측 스위치(14)의 제어 단자에 인가된다. 그러나, PWM 제어 신호는 저압측 스위치(14)에 인가될 수 있고, 인에이블 제어 신호는 고압측 스위치(12)에 인가될 수 있고, 이 경우 클램핑 요소(19)는 고압측 스위치(12) 양단에 연결되고, 다이오드(18)는 저압측 스위치(14)가 연결된 부하(L)의 단자에 연결된 하나의 단자와, 전력 공급부(VDC)에 연결된 제2 단자를 가지며, 전류 감지 디바이스(16)는 고압측 스위치(12)와 전력 공급부(VDC) 사이에 연결되는 것으로 이해된다. 구동 회로(30)는 고압측 스위치(12)의 제어 (게이트) 단자에 연결된 제1 출력, 및 저압측 스위치(12)의 제어 (게이트) 단자에 연결된 제2 출력을 포함하는 제어 회로(40)를 더 포함한다. 제어 회로(40)는 PWM 제어 신호와 인에이블 제어 신호를 고압측 스위치(12)와 저압측 스위치(14)에 제공한다. 유도성 부하를 구동하는 고압측 스위치와 저압측 스위치에 제어 신호를 제공하기 위한 회로부는 이 기술 분야에 매우 잘 알려져 있으므로 편의를 위해 보다 자세한 설명은 제공하지 않을 것이다.
제어 회로(40)는 또한 부하(L)에서 과전류 상태가 검출될 때 유도성 부하의 제1 단자와 제2 단자 사이에 선택적으로 전류 경로를 제공하도록 구성된다. 달리 말하면, 제어 회로(40)는 과전류 상태가 검출될 때 부하(L)를 프리휠링 상태에 놓도록 구성된다. 과전류 상태를 검출할 때 고압측 스위치(12)에 연결된 부하(L)의 단자에서 전력 공급부(VDC)에 단락이 있을 수 있는 전류 경로를 제공함으로써, 부하(L)의 제공된 전류 경로/프리휠링 상태는 부하(L)에 저장된 에너지를 효과적으로 소산시켜, 저압측 스위치(14)와 클램핑 구성요소(19)가 높은 에너지 레벨에 노출되는 것을 방지하는 역할을 한다.
도 3에 도시된 예시적인 실시예에서, 구동 회로(30)는 스위치(45)와 직렬 연결되는 다이오드(46)를 포함하고, 이러한 직렬 연결은 부하(L) 양단에 병렬 연결된다. 단락 및/또는 과전류 이벤트 동안 다이오드(46)가 부하(L) 양단에 배치되도록 스위치(45)를 선택적으로 작동시키고/시키거나 턴온함으로써, 부하(L)는 부하(L)에 저장된 높은 레벨의 에너지가 안전하게 소산되는 프리휠링 상태에 놓인다.
제어 회로(40)는 스위치(45)의 제어 (게이트) 단자에 제어 신호를 제공한다. 예시적인 일 실시예에서, 제어 회로(40)는, 전류 감지 디바이스(16)의 출력을 수신하고, 부하(L)를 통한 전류가 과전류 상태에 대응하는 미리 결정된 전류 레벨을 초과하는지 여부를 검출하는 검출 회로(42)를 포함한다. 검출 회로(42)는 전류 감지 디바이스(16)의 출력에 대응하는 전압 레벨을 미리 결정된 전압과 비교하는 전압 비교기를 포함할 수 있다. 검출 회로(42)는 다른 구현을 가질 수 있는 것으로 이해된다.
제어 회로(40)는 인터페이스 회로(42)의 출력에 결합된 입력, 및 스위치(45)의 제어 (게이트) 단자에 연결된 출력을 갖는 타이머 회로(43)를 더 포함한다. 타이머 회로(43)는, 부하(L) 양단에 다이오드(46)를 제공하기 위해 스위치(45)를 활성화시키고, 부하(L)의 에너지가 소산된 후 스위치(45)를 비활성화시키기 위한 제어 신호를 제공하도록 구성된다. 스위치(45)에 제공되는 제어 신호의 지속 시간은 구동 회로(30)와 부하(L)의 다른 인자 및/또는 동작 파라미터에 기초하여 결정되거나 미리 결정될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 타이머 회로(43)는 예를 들어 구동 회로(30)와 관련된 클록 사이클의 수를 카운트하는 카운터 회로부(45)에 의해 구현될 수 있다. 타이머 회로(43)는 카운터 회로부(45)의 출력에 결합된 입력을 갖는 래치 회로(44)를 더 포함할 수 있다. 타이머 회로(43)는 스위치(45)에 활성화 제어 신호를 제공하는 다른 방식으로 구현될 수 있는 것으로 이해된다.
제어 회로(40)는 프로세서, 마이크로프로세서, 제어기 또는 마이크로제어기 기반 구현일 수 있다. 이러한 방식으로, 타이머 회로부(43)는 프로세서, 마이크로프로세서, 제어기 또는 마이크로제어기의 일부로 형성될 수 있다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 구동부 회로(30)와 부하(L)의 동작을 도시한다. 도 4에서, 부하(L)에 흐르는 전류는 Y 축에 도시되고 시간은 X 축에 도시된다. 실선 그래프는 단락이 없는 상태의 부하 전류를 보여준다. 파선이 있는 그래프는 시간(t1)에서 시작하는 단락 이벤트가 있을 때의 부하 전류를 보여준다. 여기서, 부하 전류는 미리 결정된 임계 전류(I임계값)를 넘어 상승한다. "도트-대시"로 표시된 곡선은 도 1의 구동 회로와 관련하여 위에서 논의된 접근 방식과 같이 시간(t1)에서 시작하는 단락 이벤트를 처리하기 위해 기존 접근 방식이 사용될 때의 부하 전류이다. 여기서, 부하 전류가 임계 전류(I임계값)를 초과한 후, 고압측 스위치(12)와 저압측 스위치(14)는 턴오프되고, 부하(L)에 저장된 에너지는 클램핑 디바이스(19)를 통해 소산된다. 그러나, 부하(L)가 높은 인덕턴스 부하이고, 클램핑 디바이스(19)가 전력 공급부(VDC)의 전압을 크게 초과하는 클램핑 전압을 갖는 경우, 클램핑 디바이스(19) 및/또는 저압측 스위치(14)를 손상시킬 수 있는 많은 양의 에너지가 클램핑 디바이스(19)를 통해 소산된다.
"이중 도트-대시"로 표시된 곡선은 도 3의 구동부 회로(30)가 시간(t1)에서 시작하는 단락 이벤트를 처리하기 위해 사용될 때의 부하 전류이다. 여기서, 검출 회로(42)는 전류 감지 디바이스(16)에 의해 감지된 전류가 시간(t2)에서 임계 전류(I임계값)를 초과할 때를 검출하고, 필터링 및 블랭킹 시간 지연 후에 시간(t3)에서 차후에 과전류 이벤트를 확인한다. 이 시간(t3)에서, 제어 회로(40)는 고압측 스위치(12)와 저압측 스위치(14)를 턴오프하고, 타이머 회로(43)는 스위치(45)를 턴온하여, 다이오드(46)를 통해 부하(L)의 단자 양단에 전류 경로를 생성한다. 이것은 부하(L)를 프리휠링 상태에 놓고, 이 동안 부하(L)에 저장된 에너지가 소산된다. 타이머 회로(43)는 부하(L)의 에너지가 완전히 또는 거의 완전히 소산될 수 있는 시간 기간 동안 이 전류 경로를 유지한다(즉, 스위치(45)를 턴온 상태로 유지한다). 클램핑 디바이스(19)를 통해 에너지를 소산시키는 대신 프리휠링 상태에서 부하(L)의 에너지를 소산시킴으로써, 부하(L)의 에너지는 클램핑 디바이스(19)와 저압측 스위치(14)를 손상시키거나 악영향을 미치지 않는다.
도 5 및 도 6은 각각 도 1 및 도 3의 회로에 의해 과전류 이벤트를 처리할 때 부하(L)와 관련된 전류 및 전력 레벨의 시뮬레이션을 도시한다. 각 도면에서, 위쪽 그래프에는 부하 전류가 표시되고, 아래쪽 그래프에는 부하 전력이 표시된다. 부하 전류는 전류가 부하(L)를 통과하는 시간 동안 단락 이벤트가 뒤따르는 정상 동작을 나타낸다. 볼 수 있는 바와 같이, 평균 부하 전력은 부하(L)의 정상 동작 동안 평균 부하 전력에 비해 단락 이벤트의 결과로 증가한다. 도 5의 경우, 평균 전력은 정상 동작 동안 약 600㎽로부터 단락 이벤트가 있는 부하 작용 동안 약 145W로 증가하고, 클램핑 디바이스(19)의 에너지는 약 14mJ로부터 약 376mJ로 증가하는 것으로 보인다. 도 6의 경우, 단락으로 인한 평균 부하 전력은 또한 약 145mW로 증가하지만, 클램핑 디바이스(19)의 에너지는 단락으로 인해 약 6mJ에 불과하다. 볼 수 있는 바와 같이, 클램핑 디바이스(19)에 의해 처리되는 부하(L)에 저장된 에너지의 강하는 클램핑 디바이스(19)가 많은 양의 에너지를 소산시키는 것을 방지하여 클램핑 디바이스(19)와 저압측 스위치(14)를 보존하는 데 유리하게 작용한다.
예시적인 실시예는 예시적인 방식으로 본 명세서에 설명되었으며, 사용된 용어는 본 발명을 제한하는 것이 아니라 본 발명을 설명하는 단어의 성격을 갖는 것으로 의도된 것으로 이해되어야 한다. 명백히 본 내용에 비추어 본 발명에는 많은 수정과 변형이 가능하다. 위의 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이며, 따라서 첨부된 청구범위에 한정된 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 변형이 이루어질 수 있다.

Claims (19)

  1. 유도성 부하를 위한 구동 회로로서,
    전력 공급부에 결합된 제1 전도성 단자, 유도성 부하의 제1 단자에 결합된 제2 전도성 단자, 및 제어 단자를 갖는 고압측 스위치;
    상기 유도성 부하의 제2 단자에 결합된 제1 전도성 단자, 접지 기준에 결합된 제2 전도성 단자, 및 제어 단자를 갖는 저압측 스위치;
    상기 고압측 스위치, 상기 저압측 스위치 및 상기 유도성 부하와 직렬로 연결된 전류 감지 디바이스;
    상기 저압측 스위치와 병렬로 연결된 클램핑 구성요소로서, 상기 클램핑 구성요소는 상기 클램핑 구성요소 양단의 전압을 상기 전력 공급부에 대응하는 전압보다 큰 클램핑 전압 이하로 클램핑하는, 상기 클램핑 구성요소; 및
    상기 고압측 스위치의 제어 단자에 결합된 제1 출력 및 상기 저압측 스위치의 제어 단자에 결합된 제2 출력을 갖는 제어 회로로서, 상기 제어 회로는 상기 고압측 스위치와 상기 저압측 스위치를 선택적으로 턴온/턴오프하고, 상기 제어 회로는 상기 전류 감지 디바이스의 출력에 결합된 입력을 더 포함하되, 상기 제어 디바이스는 상기 전류 감지 디바이스의 출력에 기초하여 상기 유도성 부하의 제1 단자와 제2 단자 사이에 전류 경로를 선택적으로 제공하도록 구성되고, 상기 전류 경로는 상기 유도성 부하의 에너지를 소산시키는, 상기 제어 회로
    를 포함하는, 구동 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 전류 감지 디바이스의 출력에 기초하여 상기 유도성 부하의 적어도 제1 단자에서 단락 상태를 검출하고, 상기 검출에 응답하여 상기 전류 경로를 제공하는, 구동 회로.
  3. 제1항에 있어서, 다이오드를 더 포함하되, 상기 다이오드는 상기 전류 경로의 일부이고, 상기 전류 감지 디바이스의 출력에 기초하여 상기 부하의 제1 단자와 제2 단자 양단에 연결되는, 구동 회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 부하의 제1 단자와 제2 단자 양단에 상기 다이오드와 직렬 연결된 제3 스위치를 더 포함하되, 상기 제어 회로는 상기 제3 스위치의 제어 단자에 결합된 출력을 갖는 타이머 회로를 포함하고, 상기 타이머 회로는 제1 시간 기간 동안 상기 제3 스위치를 활성화시키는, 구동 회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어 회로는, 상기 전류 감지 디바이스의 출력에 기초하여 상기 부하를 통한 과전류 상태를 검출하고, 상기 과전류 상태를 검출한 후 상기 타이머 회로를 활성화시키는, 구동 회로.
  6. 제4항에 있어서, 상기 타이머 회로는 카운터 회로부, 및 상기 카운터 회로부의 출력에 결합된 입력과, 상기 제3 스위치의 제어 단자에 연결된 출력을 갖는 래치 회로를 포함하는, 구동 회로.
  7. 제4항에 있어서, 상기 제어 회로는 프로세서 또는 제어기를 포함하고, 상기 타이머 회로는 상기 프로세서 또는 제어기의 일부인, 구동 회로.
  8. 제1항에 있어서, 상기 고압측 스위치와 상기 저압측 스위치는 상기 제어 회로가 상기 유도성 부하의 제1 단자와 제2 단자 사이에 전류 경로를 제공할 때 상기 제어 회로에 의해 턴오프되는, 구동 회로.
  9. 유도성 부하를 구동하는 방법으로서,
    전력 공급부 단자와 유도성 부하의 제1 단자 사이에 고압측 스위치를 연결하고, 상기 유도성 부하의 제2 단자와 접지 기준 사이에 저압측 스위치를 연결하는 단계;
    상기 고압측 스위치와 상기 저압측 스위치를 선택적으로 턴온/턴오프하는 단계로서, 상기 고압측 스위치와 상기 저압측 스위치 중 하나는 펄스 폭 변조 제어 신호를 사용하여 턴온/턴오프되고, 상기 고압측 스위치와 상기 저압측 스위치 중 다른 하나는 인에이블 제어 신호를 사용하여 턴온/턴오프되는, 상기 고압측 스위치와 저압측 스위치를 선택적으로 턴온/턴오프하는 단계;
    임계 전류 레벨을 초과하는 상기 유도성 부하의 전류를 검출하는 단계;
    검출 후 상기 고압측 스위치와 상기 저압측 스위치를 턴오프하고, 상기 유도성 부하를 프리휠링 상태로 구성하는 단계
    를 포함하는, 유도성 부하를 구동하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 고압측 스위치와 저압측 스위치를 턴오프하고, 상기 유도성 부하를 프리휠링 상태로 구성하는 단계는 소정의 시간 기간 동안 발생하는, 유도성 부하를 구동하는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 유도성 부하를 프리휠링 상태로 구성하는 단계는 상기 유도성 부하의 제1 단자와 제2 단자 사이에 다이오드를 제공하는 단계를 포함하는, 유도성 부하를 구동하는 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 고압측 스위치와 상기 저압측 스위치 중 다른 하나의 스위치 양단의 전압을 상기 전력 공급부 단자의 전압 레벨보다 큰 클램핑 전압으로 클램핑하는 단계를 더 포함하는, 유도성 부하를 구동하는 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 고압측 스위치와 저압측 스위치를 턴오프하고 상기 유도성 부하를 프리휠링 상태로 구성하는 단계는 미리 결정된 시간 기간 동안 발생하는, 유도성 부하를 구동하는 방법.
  14. 유도성 부하를 위한 구동 회로로서,
    전력 공급부에 결합된 제1 전도성 단자, 유도성 부하의 제1 단자에 결합된 제2 전도성 단자, 및 제어 단자를 갖는 고압측 스위치;
    접지 기준에 결합된 제1 전도성 단자, 상기 유도성 부하의 제2 단자에 결합된 제2 전도성 단자, 및 제어 단자를 갖는 저압측 스위치;
    상기 고압측 스위치, 상기 저압측 스위치 및 상기 유도성 부하와 직렬로 연결된 전류 감지 디바이스;
    상기 고압측 스위치와 상기 저압측 스위치 중 하나와 병렬로 연결된 클램핑 구성요소로서, 상기 클램핑 구성요소는 상기 클램핑 구성요소 양단의 전압을 상기 전력 공급부에 대응하는 전압보다 큰 클램핑 전압 이하로 클램핑하는, 상기 클램핑 구성요소; 및
    상기 고압측 스위치의 제어 단자에 결합된 제1 출력, 상기 저압측 스위치의 제어 단자에 결합된 제2 출력, 및 상기 전류 감지 디바이스의 출력에 결합된 입력을 갖는 제어 회로로서, 상기 제어 회로는 미리 결정된 유도성 부하 구동 방식에 따라 상기 고압측 스위치와 상기 저압측 스위치를 선택적으로 턴온/턴오프하고, 상기 제어 회로는 상기 유도성 부하의 과전류 상태를 검출하고 검출에 응답하여 상기 유도성 부하에 저장된 에너지를 소산시키기 위해 상기 유도성 부하를 선택적으로 프리휠링 상태로 구성하도록 구성된, 상기 제어 회로
    를 포함하되, 상기 고압측 스위치와 상기 저압측 스위치는 상기 유도성 부하가 프리휠링 상태에 있을 때 상기 제어 회로에 의해 턴오프되는, 구동 회로.
  15. 제14항에 있어서, 다이오드를 더 포함하되, 상기 다이오드는 프리휠링 상태 동안 상기 유도성 부하의 제1 단자와 제2 단자 양단에 연결된 전류 경로의 일부인, 구동 회로.
  16. 제15항에 있어서, 상기 유도성 부하의 제1 단자와 제2 단자 양단에 상기 다이오드와 직렬 연결된 제3 스위치를 더 포함하되, 상기 제어 회로는 상기 제3 스위치의 제어 단자에 결합된 출력을 갖는 타이머 회로를 포함하고, 상기 타이머 회로는 소정의 시간 기간 동안 상기 제3 스위치를 활성화시키는, 구동 회로.
  17. 제16항에 있어서, 상기 타이머 회로는 카운터 회로부, 및 상기 카운터 회로부의 출력에 결합된 입력과, 상기 제3 스위치의 제어 단자에 연결된 출력을 갖는 래치 회로를 포함하는, 구동 회로.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제어 회로는 마이크로프로세서 또는 상기 마이크로제어기를 포함하고, 상기 타이머 회로부는 상기 마이크로프로세서 또는 마이크로제어기의 일부인, 구동 회로.
  19. 제14항에 있어서, 상기 제어 회로는 펄스폭 변조 신호를 사용하여 상기 고압측 스위치와 상기 저압측 스위치 중 하나를 제어하고, 인에이블 제어 신호를 사용하여 상기 고압측 스위치와 상기 저압측 스위치 중 다른 하나의 스위치를 제어하는, 구동 회로.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11676752B2 (en) * 2020-03-30 2023-06-13 Maxim Integrated Products, Inc. Systems and methods to safely discharge inductors without energy limitations

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6317458B1 (en) * 1998-12-21 2001-11-13 Caterpillar Inc. Fault detection for a pulse width modulation driver
JP3966194B2 (ja) * 2003-03-17 2007-08-29 株式会社デンソー モータ制御装置
US7133268B2 (en) * 2003-12-01 2006-11-07 Texas Instruments Incorporated Current control via a variable voltage snubbing network
DE102005027442B4 (de) * 2005-06-14 2008-10-30 Continental Automotive Gmbh Schaltungsanordnung zum Schalten einer Last
JP5373257B2 (ja) * 2006-08-04 2013-12-18 日立オートモティブシステムズ株式会社 エンジン用高圧ポンプ駆動回路
US7746042B2 (en) 2006-10-05 2010-06-29 Advanced Analogic Technologies, Inc. Low-noise DC/DC converter with controlled diode conduction
US8035364B2 (en) 2007-04-25 2011-10-11 Advanced Analogic Technologies, Inc. Step-down switching regulator with freewheeling diode
EP2151915A1 (en) 2007-05-29 2010-02-10 Panasonic Corporation Power converter
KR101252532B1 (ko) 2007-07-06 2013-04-09 어드밴스드 아날로직 테크놀로지스 인코퍼레이티드 동기식 프리휠링 ｍｏｓｆｅｔ를 구비한 부스트 및 업다운 스위칭 레귤레이터
JP5444834B2 (ja) * 2008-05-30 2014-03-19 株式会社アドヴィックス モータ駆動回路
JP2013516156A (ja) * 2009-12-28 2013-05-09 フライバック エネルギー，インク． 無効電力を管理する制御可能な汎用電源
US8487592B2 (en) 2010-02-10 2013-07-16 Infineon Technologies Ag Circuit and method for de-energizing a field coil
US8908393B2 (en) 2011-09-14 2014-12-09 Futurewei Technologies, Inc. Soft transition apparatus and method for switching power converters
EP2915245B1 (en) * 2012-11-02 2020-03-04 Danmarks Tekniske Universitet Self-oscillating resonant power converter
US9065445B2 (en) 2012-12-17 2015-06-23 Continental Automotive Systems, Inc. Voltage clamp assist circuit
JP5744144B2 (ja) * 2013-09-26 2015-07-01 三菱電機株式会社 誘導性負荷の給電制御装置
CN110768205B (zh) 2016-04-28 2022-02-25 罗姆股份有限公司 过电流保护电路
JP6418350B1 (ja) * 2018-07-25 2018-11-07 富士電機株式会社 駆動装置およびスイッチング装置

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