[go: up one dir, main page]

KR102028388B1 - 게이트 구동회로 및 이를 포함하는 전력 스위치 제어장치 - Google Patents

게이트 구동회로 및 이를 포함하는 전력 스위치 제어장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102028388B1
KR102028388B1 KR1020170135348A KR20170135348A KR102028388B1 KR 102028388 B1 KR102028388 B1 KR 102028388B1 KR 1020170135348 A KR1020170135348 A KR 1020170135348A KR 20170135348 A KR20170135348 A KR 20170135348A KR 102028388 B1 KR102028388 B1 KR 102028388B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power switch
current
gate driving
driving circuit
gate
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
KR1020170135348A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190043367A (ko
Inventor
이경호
김기현
Original Assignee
한국전기연구원
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 한국전기연구원 filed Critical 한국전기연구원
Priority to KR1020170135348A priority Critical patent/KR102028388B1/ko
Priority to PCT/KR2018/012233 priority patent/WO2019078605A1/ko
Publication of KR20190043367A publication Critical patent/KR20190043367A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102028388B1 publication Critical patent/KR102028388B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • H03K17/16—Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/161—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches
    • H03K17/162—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/163—Soft switching
    • H03K17/164—Soft switching using parallel switching arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16—Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K7/00—Modulating pulses with a continuously-variable modulating signal
    • H03K7/08—Duration or width modulation ; Duty cycle modulation

Landscapes

  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

본 발명은 전력 스위치 제어장치에 관한 것으로, 전력 스위치의 소프트 스위칭 동작을 제어하기 위한 복수의 제어신호들을 생성하여 출력하는 PWM 제어부; 및 상기 전력 스위치의 턴 온 또는 턴 오프 동작 시, 상기 PWM 제어부로부터 입력된 복수의 제어신호들에 따라 게이트 구동전류를 단계적으로 조절하여 상기 소프트 스위칭 동작을 구동할 수 있는 게이트 구동회로를 포함한다.

Description

게이트 구동회로 및 이를 포함하는 전력 스위치 제어장치{GATE DRIVING CIRCUIT AND POWER SWITCH CONTROL DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 게이트 구동회로 및 이를 포함하는 전력 스위치 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력 스위치의 턴 온 또는 턴 오프 동작 시, 게이트 구동전류를 단계적으로 조절하여 상기 전력 스위치의 소프트 스위칭(soft switching) 동작을 구동할 수 있는 전력용 MOSFET 게이트 구동회로 및 이를 포함하는 전력 스위치 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 전력소자는 전력의 변환이나 제어를 수행하는 반도체 소자로서, 정류 다이오드, 전력 트랜지스터, 트라이액(triac) 등이 산업, 정보, 통신, 교통, 전력, 가정 등 각 분야에 다양하게 사용되고 있다.
전력소자로는 대표적으로 MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor), IGBT(insulated gate bipolar transistor), 전력 집적회로(IC) 등이 있으며, 이중에서 특히 고속 스위칭이 가능하고, 구동회로의 손실이 적은 전력용 MOSFET 스위치가 주목 받고 있다.
이러한 전력용 MOSFET 스위치를 구동시키기 위해서는 가능한 한 고속으로 턴 온(turn on)/턴 오프(turn off)시킬 필요가 있다. 이를 위해, 전력용 MOSFET 스위치를 고속으로 구동하기 위한 게이트 구동회로가 필요하며, 상기 게이트 구동회로로 종래에 몇 가지가 제안되었다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력용 MOSFET 게이트 구동회로의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 MOSFET 게이트 구동회로(10)는 제1 프리 드라이버(11), P형 트랜지스터(12), 제1 저항 소자(13), 제2 프리 드라이버(14), N형 트랜지스터(15) 및 제2 저항 소자(16)를 포함할 수 있다.
MOSFET 게이트 구동회로(10)는, PWM 제어부(20)에서 출력하는 펄스폭 제어신호에 따라 전력 스위치(30)의 스위칭 동작을 구동할 수 있다. 즉, MOSFET 게이트 구동회로(10)는 제1 프리 드라이버(11)을 통해 P형 트랜지스터(12)를 턴 온(turn on) 시키고, 제2 프리 드라이버(14)를 통해 N형 트랜지스터(15)를 턴 오프(turn off) 시켜 전력 스위치(30)의 턴 온(turn on) 동작을 구동할 수 있다.
또한, MOSFET 게이트 구동회로(10)는 제1 프리 드라이버(11)을 통해 P형 트랜지스터(12)를 턴 오프(turn off) 시키고, 제2 프리 드라이버(14)를 통해 N형 트랜지스터(15)를 턴 온(turn on) 시켜 전력 스위치(30)의 턴 오프(turn off) 동작을 구동할 수 있다.
그런데 종래의 게이트 구동회로를 이용한 전력 스위치에서, 턴 온(turn on) 동작 시, 드레인 전류(ID)가 피크가 되는 시점에서 리플(ripple) 현상이 발생하게 되고, 턴 오프(turn off) 동작 시, 드레인-소스 전압(VDS)이 피크가 되는 시점에서 리플 현상이 발생하게 된다. 이와 같이 밀러 효과(Miller effect)로 인해 발생되는 리플 성분인 스위칭 노이즈(switching noise)는 전력 스위치의 EMI(Electro Magnetic Interference) 특성을 나쁘게 하는 원인이 된다.
한편, 구동전류를 증가시켜 전력 스위치를 구동할 경우, 구동 주파수를 향상시키거나 스위칭 시간을 줄여서 스위칭 손실(switching loss)을 줄일 수 있지만 증가된 구동전류에 의해 리플 성분이 더욱 커지는 단점이 생긴다. 이처럼, 종래 기술에 따른 전력용 MOSFET 게이트 구동회로는 스위칭 손실과 EMI 특성 간에 트레이드 오프(trade off) 관계를 유지하고 있다.
또한, 전력용 MOSFET 게이트 구동회로 설계 시에 구동전류가 고정되어 버리기 때문에 응용처에 따라서 조절하기 힘든 단점이 있다. 또한, 전력 스위치의 턴 온 또는 턴 오프 동작 시, 게이트 구동회로의 하드 스위칭(hard switching)으로 인해 EMI 문제가 발생하는 문제가 있다.
따라서, EMI 특성을 악화시키지 않으면서 스위칭 손실을 감소하기 위해서는, 게이트 구동전류의 크기를 자유롭게 제어함으로써 스위칭 손실과 EMI 특성 사이의 최적점에서 구동할 수 있는 게이트 구동회로가 필요하다. 또한, 응용처에 따라 쉽게 게이트 구동전류를 조절할 수 있는 게이트 구동회로가 필요하다. 또한, 턴 온 또는 턴 오프 동작 시, 게이트 구동전류를 단계적으로 조절하여 소프트 스위칭을 구현할 수 있는 게이트 구동회로가 필요하다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 바이너리 코딩(binary coding)이 적용된 복수의 제어신호들에 따라 게이트 구동전류를 단계적으로 조절할 수 있는 전력용 MOSFET 게이트 구동회로 및 이를 포함하는 전력 스위치 제어장치를 제공함에 있다.
또 다른 목적은 전력 스위치의 턴 온 또는 턴 오프 동작 시, 게이트 구동전류를 단계적으로 조절하여 상기 전력 스위치의 소프트 스위칭 동작을 구동할 수 있는 전력용 MOSFET 게이트 구동회로 및 이를 포함하는 전력 스위치 제어장치를 제공함에 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 전력 스위치의 소프트 스위칭(soft switching) 동작을 제어하기 위한 복수의 제어신호들을 생성하여 출력하는 PWM 제어부; 및 상기 전력 스위치의 턴 온 또는 턴 오프 동작 시, 상기 PWM 제어부로부터 입력된 복수의 제어신호들에 따라 게이트 구동전류를 단계적으로 조절하여 상기 소프트 스위칭 동작을 구동할 수 있는 게이트 구동회로를 포함하는 전력 스위치 제어장치를 제공한다.
좀 더 바람직하게는, 상기 PWM 제어부는 게이트 구동전류를 최대치로 인가한 후 상기 게이트 구동전류를 단계적으로 감소시키도록 하는 복수의 제어신호들을 출력하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 PWM 제어부는 복수의 구동회로들을 각각 동작시킬 수 있는 복수의 제어신호들을 출력하며, 상기 복수의 제어신호들을 이용하여 상기 복수의 구동회로들을 모두 동작시켜 최대 전류를 출력한 후, 상기 복수의 구동회로들을 순차적으로 동작시키지 않으면서 출력 전류를 단계적으로 줄이는 것을 특징으로 한다.
좀 더 바람직하게는, 상기 게이트 구동회로는 게이트 소스 전류 및 게이트 싱크 전류 중 적어도 하나를 생성하기 위한 복수의 구동회로들을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 복수의 구동회로들 각각은, 바이너리 코딩이 가능하도록 서로 다른 게이트 크기를 갖는 P형 및 N형 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
좀 더 바람직하게는, 상기 PWM 제어부는, 게이트 구동전류를 단계적으로 증가시킨 후 상기 게이트 구동전류를 단계적으로 감소시키도록 하는 복수의 제어신호들을 출력하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 PWM 제어부는, 게이트 구동전류를 단계적으로 증가시킨 후 상기 게이트 구동전류를 순간적으로 감소시키도록 하는 복수의 제어신호들을 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 전력용 MOSFET 게이트 구동회로 및 이를 포함하는 전력 스위치 제어장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 바이너리 코딩이 적용된 복수의 제어신호들을 이용하여 게이트 구동전류를 단계적으로 조절함으로써, 고속 구동을 위해 많은 전류가 필요할 때는 게이트 구동전류를 증가시키고 EMI 특성을 개선하기 위해서는 게이트 구동전류를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 전력 스위치의 턴 온 또는 턴 오프 동작 시, 게이트 구동전류를 단계적으로 조절하여 소프트 스위칭 동작을 구동함으로써, 전력 스위치의 EMI 특성을 효과적으로 개선할 수 있다는 장점이 있다.
다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 전력용 MOSFET 게이트 구동회로 및 이를 포함하는 전력 스위치 제어장치가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력용 MOSFET 게이트 구동회로의 일 예를 나타내는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 스위치 제어장치의 구성을 도시하는 도면;
도 3은 도 2에 개시된 제1 구동회로의 일 구성을 도시하는 도면;
도 4는 도 2에 개시된 제2 구동회로의 일 구성을 도시하는 도면;
도 5는 도 2에 개시된 제3 구동회로의 일 구성을 도시하는 도면;
도 6a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 스위치 제어장치의 상세 구성을 도시하는 도면;
도 6b는 제어신호들의 바이너리 코딩에 따른 게이트 구동전류의 변화를 설명하는 도면;
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전력 스위치 제어회로의 구성을 도시하는 도면;
도 8 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 소프트 스위칭 구동 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 11 내지 도 13은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 소프트 스위칭 구동 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 바이너리 코딩이 적용된 복수의 제어신호들에 따라 게이트 구동전류를 단계적으로 조절할 수 있는 전력용 MOSFET 게이트 구동회로 및 이를 포함하는 전력 스위치 제어장치를 제안한다. 또한, 본 발명은 전력 스위치의 턴 온 또는 턴 오프 동작 시, 게이트 구동전류를 단계적으로 조절하여 소프트 스위칭을 수행할 수 있도록 하는 전력용 MOSFET 게이트 구동회로 및 이를 포함하는 전력 스위치 제어장치를 제안한다.
이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 스위치 제어장치의 구성을 도시하는 도면이다. 도 3 내지 도 5는 도 2에 개시된 제1 내지 제3 구동회로의 상세 구성을 도시하는 도면이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 스위치 제어장치(200)는 전력 스위치(210), PWM 제어부(220) 및 게이트 구동회로(230)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 구성요소들은 전력 스위치 제어장치(200)를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서상에서 설명되는 전력 스위치 제어장치는 위에서 열거된 구성요소들보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
전력 스위치(210)는 일종의 전력소자로서, 게이트(G), 드레인(D), 소스(S)로 이루어진 전력용 MOSFET을 포함할 수 있다. 상기 전력용 MOSFET(210)은 고속성과 고전압 및 대 전류 구동에 강한 성질을 가지고 있다.
전력 스위치(210)로 N형 트랜지스터(NMOS)를 이용할 경우에는 하이 레벨(high level)을 갖는 게이트 전압(VG)에 의해 턴 온(turn on)되고, 로우 레벨(low level)을 갖는 게이트 전압(VG)에 의해 턴 오프(turn off)된다. 반대로, 전력 스위치(210)로 P형 트랜지스터(NMOS)를 이용할 경우에는 로우 레벨(low level)을 갖는 게이트 전압(VG)에 의해 턴 온(turn on)되고, 하이 레벨(high level)을 갖는 게이트 전압(VG)에 의해 턴 오프(turn off)된다.
PWM 제어부(220)는 컨트롤러(미도시)로부터 수신된 기준 펄스폭 제어신호를 기반으로 전력 스위치(210)의 소프트 스위칭 동작을 제어하기 위한 복수의 제어신호를 생성하여 출력할 수 있다. 이하 본 실시 예에서, PWM 제어부(220)는 총 6개의 제어신호를 생성하여 출력하는 것을 예시하여 설명하도록 한다.
컨트롤러에서 출력되는 기준 펄스폭 제어신호는 펄스 폭에 따라 전력 스위치의 턴 온 시간을 조절하여 전류량을 조절하는 신호이다. PWM 제어부(220)에서 출력되는 제어신호들의 로직 레벨은 일반적으로 컨트롤러의 출력 레벨과 같다. PWM 제어부(220)가 컨트롤러의 출력레벨과 같은 저 전압(가령, 3V 내지 5V)의 펄스폭 제어신호를 입력 받을 수도 있고, 혹은 게이트 구동회로(230)의 전압과 같은 고 전압(가령, 20V 이상)의 펄스폭 제어신호를 입력 받을 수도 있다.
PWM 제어부(220)에서 저 전압 신호들(가령, 3V의 제어신호)을 출력하는 경우, 게이트 구동회로(230)는 상기 저 전압 신호들을 전력 스위치(210)를 구동하기 위한 고 전압 신호들(가령, 20V 이상)로 승압하기 위한 레벨 시프터(level shifter)를 포함할 수 있다.
PWM 제어부(220)는 바이너리 코딩(binary coding)이 적용된 세 개의 제어신호들을 이용하여 전력 스위치(210)의 게이트 구동전류를 총 8 단계로 조절할 수 있다. 이때, PWM 제어부(220)는 전력 스위치(210)의 동작 상태에 따라 게이트 구동전류를 단계적으로 조절할 수 있다.
게이트 구동회로(230)는 전력 스위치(210)의 소프트 스위칭 동작을 구동하기 위한 구동전압(VG) 및 구동전류(IG)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 게이트 구동회로(230)는 PWM 제어부(220)로부터 입력된 제어신호가 하이 레벨일 때, 구동전압(VG)을 증가시키고, PWM 제어부(220)로부터 입력된 제어신호가 로우 레벨일 때, 구동전압(VG)을 감소시킬 수 있다.
게이트 구동회로(230)는, 전력 스위치(210)의 턴 온 동작 시, PWM 제어부(220)로부터 입력된 세 개의 제어신호들(VP1, VP2, VP3)의 값에 따라, 서로 다른 크기를 갖는 8(=23)개의 게이트 구동전류(IG)를 출력할 수 있다. 또한, 게이트 구동회로(230)는, 전력 스위치(210)의 턴 오프 동작 시, PWM 제어부(220)로부터 입력된 세 개의 제어신호들(VN1, VN2, VN3)의 값에 따라, 서로 다른 크기를 갖는 8(=23)개의 게이트 구동전류(IG)를 출력할 수 있다.
이를 위해, 게이트 구동회로(230)는 제1 구동회로(231), 제2 구동회로(232) 및 제3 구동회로(233)를 포함할 수 있다.
제1 구동회로(231)는, PWM 제어부(220)에서 출력되는 제1 제어신호(VP1)에 따라 전력 스위치(210)를 구동하기 위한 제1 소스 전류(IG, source1)를 생성하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 제1 구동회로(231)는, PWM 제어부(220)에서 출력되는 제2 제어신호(VN1)에 따라 전력 스위치(210)를 구동하기 위한 제1 싱크 전류(IG, sink1)를 생성하는 기능을 수행할 수 있다.
제1 구동회로(231)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 프리 드라이버(pre-driver, 310), P형 트랜지스터(320), 제1 저항 소자(330), 제2 프리 드라이버(340), N형 트랜지스터(350), 및 제2 저항 소자(360)를 포함할 수 있다.
제1 프리 드라이버(310)는 PWM 제어부(220)에서 출력되는 제1 제어신호(VP1)에 따라 P형 트랜지스터(320)를 구동하는 기능을 수행할 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 상기 제1 프리 드라이버(310)는 P형 트랜지스터(320)를 구동하는 기능 외에 상술한 레벨 시프터의 기능을 수행하도록 구성할 수도 있다.
P형 트랜지스터(320)는 제1 프리 드라이버(310)와 전력 스위치(210) 사이에 연결되며, 상기 전력 스위치(210)의 턴 온(turn on) 동작을 구동하기 위한 제1 소스 전류(IG, source1)를 생성할 수 있다. 이때, 상기 P형 트랜지스터(320)는 BJT 소자일 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 P형 MOSFET 소자일 수 있다. 상기 P형 MOSFET 소자(320)의 드레인 단자에는 제1 저항 소자(330)가 연결될 수 있다.
제2 프리 드라이버(340)는 PWM 제어부(220)에서 출력되는 제2 제어신호(VN1)에 따라 N형 트랜지스터(350)를 구동하는 기능을 수행할 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 상기 제2 프리 드라이버(340)는 N형 트랜지스터(350)를 구동하는 기능 외에 상술한 레벨 시프터의 기능을 수행하도록 구성할 수도 있다.
N형 트랜지스터(350)는 제2 프리 드라이버(340)와 전력 스위치(210) 사이에 연결되며, 상기 전력 스위치(210)의 턴 오프(turn off) 동작을 구동하기 위한 제1 싱크 전류(IG, sink1)를 생성할 수 있다. 이때, 상기 N형 트랜지스터(350)는 BJT 소자일 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 N형 MOSFET 소자일 수 있다. 상기 N형 MOSFET 소자(350)의 드레인 단자에는 제2 저항 소자(360)가 연결될 수 있다.
제2 구동회로(232)는, PWM 제어부(220)에서 출력되는 제3 제어신호(VP2)에 따라 전력 스위치(210)를 구동하기 위한 제2 소스 전류(IG, source2)를 생성하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 제2 구동회로(232)는, PWM 제어부(220)에서 출력되는 제4 제어신호(VN2)에 따라 전력 스위치(210)를 구동하기 위한 제2 싱크 전류(IG, sink2)를 생성하는 기능을 수행할 수 있다.
제2 구동회로(232)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제3 프리 드라이버(pre-driver, 410), P형 트랜지스터(420), 제3 저항 소자(430), 제4 프리 드라이버(440), N형 트랜지스터(450), 및 제4 저항 소자(460)를 포함할 수 있다.
제3 프리 드라이버(410)는 PWM 제어부(220)에서 출력되는 제3 제어신호(VP2)에 따라 P형 트랜지스터(420)를 구동하는 기능을 수행할 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 상기 제3 프리 드라이버(410)는 P형 트랜지스터(420)를 구동하는 기능 외에 상술한 레벨 시프터의 기능을 수행하도록 구성할 수도 있다. 또한, 제3 프리 드라이버(410)는 제1 구동회로(231)의 제1 프리 드라이버(310)와 같을 수도 있고, 프리 드라이버의 구동전류 크기를 변화시킬 수도 있다.
P형 트랜지스터(420)는 제3 프리 드라이버(410)와 전력 스위치(210) 사이에 연결되며, 상기 전력 스위치(210)의 턴 온(turn on) 동작을 구동하기 위한 제2 소스 전류(IG, source2)를 생성할 수 있다. 제2 소스 전류는 제1 소스 전류의 2배가 되도록, P형 트랜지스터(420)의 Width/Length 비를 제1 구동회로(231)의 P형 트랜지스터(320)의 2배가 되도록 할 수 있다. 이때, 상기 P형 트랜지스터(420)는 BJT 소자일 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 P형 MOSFET 소자일 수 있다. 상기 P형 MOSFET 소자(420)의 드레인 단자에는 제3 저항 소자(430)가 연결될 수 있다.
제4 프리 드라이버(440)는 PWM 제어부(220)에서 출력되는 제4 제어신호(VN2)에 따라 N형 트랜지스터(450)를 구동하는 기능을 수행할 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 상기 제4 프리 드라이버(440)는 N형 트랜지스터(450)를 구동하는 기능 외에 상술한 레벨 시프터의 기능을 수행하도록 구성할 수도 있다. 또한, 제4 프리 드라이버(440)는 제1 구동회로(231)의 제2 프리 드라이버(340)와 같을 수도 있고, 프리 드라이버의 구동전류 크기를 변화시킬 수도 있다.
N형 트랜지스터(450)는 제4 프리 드라이버(440)와 전력 스위치(210) 사이에 연결되며, 상기 전력 스위치(210)의 턴 오프(turn off) 동작을 구동하기 위한 제2 싱크 전류(IG, sink2)를 생성할 수 있다. 제2 싱크 전류는 제1 싱크 전류의 2배가 되도록, N형 트랜지스터(450)의 Width/Length 비를 제1 구동회로(231)의 N형 트랜지스터(350)의 2배가 되도록 할 수 있다. 이때, 상기 N형 트랜지스터(450)는 BJT 소자일 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 N형 MOSFET 소자일 수 있다. 상기 N형 MOSFET 소자(450)의 드레인 단자에는 제4 저항 소자(460)가 연결될 수 있다.
제3 구동회로(233)는, PWM 제어부(220)에서 출력되는 제5 제어신호(VP3)에 따라 전력 스위치(210)를 구동하기 위한 제3 소스 전류(IG, source3)를 생성하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 제3 구동회로(233)는, PWM 제어부(220)에서 출력되는 제6 제어신호(VN3)에 따라 전력 스위치(210)를 구동하기 위한 제3 싱크 전류(IG, sink3) 를 생성하는 기능을 수행할 수 있다.
제3 구동회로(233)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제5 프리 드라이버(510), P형 트랜지스터(520), 제5 저항 소자(530), 제6 프리 드라이버(540), N형 트랜지스터(550), 및 제6 저항 소자(560)를 포함할 수 있다.
제5 프리 드라이버(510)는 PWM 제어부(220)에서 출력되는 제5 제어신호(VP3)에 따라 P형 트랜지스터(520)를 구동하는 기능을 수행할 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 상기 제5 프리 드라이버(510)는 P형 트랜지스터(520)를 구동하는 기능 외에 상술한 레벨 시프터의 기능을 수행하도록 구성할 수도 있다. 또한, 제5 프리 드라이버(510)는 제1 및 제3 프리 드라이버(310, 410)와 같을 수도 있고, 프리 드라이버의 구동전류 크기를 변화시킬 수도 있다.
P형 트랜지스터(520)는 제5 프리 드라이버(510)와 전력 스위치(210) 사이에 연결되며, 상기 전력 스위치(210)의 턴 온(turn on) 동작을 구동하기 위한 제3 소스 전류(IG, source3)를 생성할 수 있다. 제3 소스 전류는 제1 소스 전류의 4배가 되도록 P형 트랜지스터(520)의 Width/Length 비를 제1 구동회로(231)의 P형 트랜지스터(320)의 4배가 되도록 할 수 있다. 이때, 상기 P형 트랜지스터(520)는 BJT 소자일 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 P형 MOSFET 소자일 수 있다. 상기 P형 MOSFET 소자(520)의 드레인 단자에는 제5 저항 소자(530)가 연결될 수 있다.
제6 프리 드라이버(540)는 PWM 제어부(220)에서 출력되는 제6 제어신호(VN3)에 따라 N형 트랜지스터(550)를 구동하는 기능을 수행할 수 있다. 한편, 다른 실시 예로, 상기 제6 프리 드라이버(540)는 N형 트랜지스터(550)를 구동하는 기능 외에 상술한 레벨 시프터의 기능을 수행하도록 구성할 수도 있다. 또한, 제6 프리 드라이버(540)는 제2 및 제4 프리 드라이버(340, 440)와 같을 수도 있고, 프리 드라이버의 구동전류 크기를 변화시킬 수도 있다.
N형 트랜지스터(550)는 제6 프리 드라이버(540)와 전력 스위치(210) 사이에 연결되며, 상기 전력 스위치(210)의 턴 오프(turn off) 동작을 구동하기 위한 제3 싱크 전류(IG, sink3)를 생성할 수 있다. 제3 싱크 전류는 제1 싱크 전류의 4배가 되도록, N형 트랜지스터(550)의 Width/Length 비를 제1 구동회로(231)의 N형 트랜지스터(350)의 4배가 되도록 할 수 있다. 이때, 상기 N형 트랜지스터(550)는 BJT 소자일 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 N형 MOSFET 소자일 수 있다. 상기 N형 MOSFET 소자(550)의 드레인 단자에는 제2 저항 소자(560)가 연결될 수 있다.
도 6a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 스위치 제어장치의 상세 구성을 도시하는 도면이고, 도 6b는 제어신호들의 바이너리 코딩에 따른 게이트 구동전류의 변화를 설명하는 도면이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 전력 스위치(210)의 턴 온(turn on) 동작 시, 게이트 구동회로(230)는 PWM 제어부(220)로부터 입력된 제1 제어신호(VP1)에 따라 제1 구동회로(231)를 동작하여 제1 소스 전류(IG, source1)를 생성할 수 있다.
게이트 구동회로(230)는 PWM 제어부(220)로부터 입력된 제3 제어신호(VP2)에 따라 제2 구동회로(232)를 동작하여 제2 소스 전류(IG, source2)를 생성할 수 있다.
게이트 구동회로(230)는 PWM 제어부(220)로부터 입력된 제5 제어신호(VP3)에 따라 제3 구동회로(233)를 동작하여 제3 소스 전류(IG, source3)를 생성할 수 있다.
이와 같이 제1 구동회로(231)에서 생성된 제1 소스 전류(IG, source1), 제2 구동회로(232)에서 생성된 제2 소스 전류(IG, source2), 제3 구동회로(233)에서 생성된 제3 소스 전류(IG, source3)는 전력 스위치(210)의 입력 커패시턴스를 충전하여 전력 스위치(210)의 게이트 전압을 증가시키는 방향으로 흐르게 된다. 이때, 제2 소스 전류(IG, source2)의 크기는 제1 소스 전류(IG, source1) 크기의 두 배일 수 있고, 제3 소스 전류(IG, source3)의 크기는 제1 소스 전류(IG, source1) 크기의 네 배일 수 있다.
전력 스위치 제어장치(200)는, 턴 온(turn on) 동작 시, 제1 제어신호(VP1), 제3 제어신호(VP2) 및 제5 제어신호(VP3)의 바이너리 코딩을 통해, 전력 스위치(210)의 게이트 구동전류를 총 8 단계로 조절할 수 있다.
가령, 도 6b에 도시된 바와 같이, 전력 스위치 제어장치(200)는 전력 스위치(210)의 동작 상태에 따라 0, 제1 소스 전류(IG, source1), 제2 소스 전류(IG, source2), 제1 소스 전류 + 제2 소스 전류, 제3 소스 전류(IG, source3), 제1 소스 전류 + 제3 소스 전류, 제2 소스 전류 + 제3 소스 전류, 제1 소스 전류 + 제2 소스 전류 + 제3 소스 전류를 단계적으로 조절할 수 있다.
한편, 전력 스위치(210)의 턴 오프(turn off) 동작 시, 게이트 구동회로(230)는 PWM 제어부(220)로부터 입력된 제2 제어신호(VN1)에 따라 제1 구동회로(231)를 동작하여 제1 싱크 전류(IG, sink1)를 생성할 수 있다.
게이트 구동회로(230)는 PWM 제어부(220)로부터 입력된 제4 제어신호(VN2)에 따라 제2 구동회로(232)를 동작하여 제2 싱크 전류(IG, sink2)를 생성할 수 있다.
게이트 구동회로(230)는 PWM 제어부(220)로부터 입력된 제6 제어신호(VN3)에 따라 제3 구동회로(233)를 동작하여 제3 싱크 전류(IG, sink3)를 생성할 수 있다.
이와 같이 제1 구동회로(231)에서 생성된 제1 싱크 전류(IG, sink1), 제2 구동회로(232)에서 생성된 제2 싱크 전류(IG, sink2), 제3 구동회로(231)에서 생성된 제3 싱크 전류(IG, sink3)는 전력 스위치(210)의 입력 커패시턴스를 방전하여 전력 스위치(210)의 게이트 전압을 감소시키는 방향으로 흐르게 된다. 이때, 제2 싱크 전류(IG, sink2)의 크기는 제1 싱크 전류(IG, sink1) 크기의 두 배일 수 있고, 제3 싱크 전류(IG, sink3)의 크기는 제1 싱크 전류(IG, sink1) 크기의 네 배일 수 있다.
전력 스위치 제어장치(200)는, 턴 오프(turn off) 동작 시, 제2 제어신호(VN1), 제4 제어신호(VN2) 및 제6 제어신호(VN3)의 바이너리 코딩을 통해, 전력 스위치(210)의 게이트 구동전류를 총 8 단계로 조절할 수 있다.
가령, 도 6b에 도시된 바와 같이, 전력 스위치 제어장치(100)는 전력 스위치(210)의 동작 상태에 따라 0, 제1 싱크 전류(IG, sink1), 제2 싱크 전류(IG, sink2), 제1 싱크 전류 + 제2 싱크 전류, 제3 싱크 전류(IG, sink3), 제1 싱크 전류 + 제3 싱크 전류, 제2 싱크 전류 + 제3 싱크 전류, 제1 싱크 전류 + 제2 싱크 전류 + 제3 싱크 전류를 단계적으로 조절할 수 있다.
이처럼, 전력 스위치 제어장치(200)는 전력 스위치(210)의 동작 상태에 따라 게이트 구동전류를 단계적으로 조절함으로써, 고속 구동을 위해 많은 전류가 필요할 때는 게이트 구동전류를 증가시키고, EMI 특성을 개선하기 위해서는 게이트 구동전류를 감소시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전력 스위치 제어회로의 구성을 도시하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전력 스위치 제어회로(700)는 전력 스위치(710), PWM 제어부(720) 및 게이트 구동회로(730)를 포함할 수 있다. 도 7에 도시된 전력 스위치(710)는 도 2에 도시된 전력 스위치(210)와 동일 또는 유사하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
PWM 제어부(720)는 전력 스위치(710)의 소프트 스위칭 동작을 제어하기 위한 복수의 제어신호를 생성하여 출력할 수 있다. 이하 본 실시 예에서, PWM 제어부(720)는 2m 개의 제어신호를 생성하여 출력하는 것을 예시하여 설명하도록 한다.
PWM 제어부(720)는 바이너리 코딩이 적용된 m 개의 제어신호들을 이용하여 전력 스위치(710)의 게이트 구동전류를 총 2m 단계로 조절할 수 있다. 이때, PWM 제어부(720)는 전력 스위치(710)의 동작 상태에 따라 게이트 구동전류를 단계적으로 조절할 수 있다.
게이트 구동회로(730)는 전력 스위치(710)의 소프트 스위칭 동작을 구동하기 위한 구동전압(VG) 및 구동전류(IG)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 게이트 구동회로(730)는 제어신호가 하이 레벨일 때, 게이트 구동전압(VG)을 증가시키고, 제어신호가 로우 레벨일 때, 게이트 구동전압(VG)을 감소시킬 수 있다.
게이트 구동회로(730)는, PWM 제어부(720)로부터 입력된 m 개의 제어신호들의 값에 따라, 서로 다른 크기를 갖는 2m개의 게이트 구동전류(IG)를 출력할 수 있다. 이를 위해, 게이트 구동회로(730)는 m 개의 구동회로(730_1 ~ 730_m)를 포함할 수 있다.
제1 구동회로(730_1)는, PWM 제어부(720)에서 출력되는 제1 제어신호(VP1) 및 제2 제어신호(VN1)에 따라 전력 스위치(710)를 구동하기 위한 제1 소스 전류(IG, source1) 및 제1 싱크 전류(IG, sink1)를 생성하는 기능을 수행할 수 있다.
제2 구동회로(730_2)는, PWM 제어부(720)에서 출력되는 제3 제어신호(VP2) 및 제4 제어신호(VN2)에 따라 전력 스위치(710)를 구동하기 위한 제2 소스 전류(IG, source2) 및 제2 싱크 전류(IG, sink2)를 생성하는 기능을 수행할 수 있다.
제m 구동회로(730_m)는, PWM 제어부(720)에서 출력되는 제2m-1 제어신호(VPm) 및 제2m 제어신호(VNm)에 따라 전력 스위치(710)를 구동하기 위한 제m 소스 전류(IG, source m) 및 제m 싱크 전류(IG, sink m)를 생성하는 기능을 수행할 수 있다.
제2 구동회로(730_2)의 P형 및 N형 트랜지스터 크기는 제1 구동회로(730_1)의 P형 및 N형 트랜지스터 크기의 두 배일 수 있다. 제m 구동회로(730_m)의 P형 및 N형 트랜지스터 크기는 제1 구동회로(730_1)의 P형 및 N형 트랜지스터 크기의 2m-1 배일 수 있다.
제1 및 제2 구동회로(730_1, 730_2)의 트랜지스터 크기 비로 인해, 제2 구동회로(730_2)에서 생성되는 제2 구동전류(IG, source2, IG, sink2)의 크기는 제1 구동회로(730_1)에서 생성되는 제1 구동전류(IG, source1, IG, sink1)의 크기의 두 배일 수 있다.
또한, 제1 및 제m 구동회로(730_1, 730_m)의 트랜지스터 크기 비로 인해, 제m 구동회로(730_m)에서 생성되는 제m 구동전류(IG, source m, IG, sink m)의 크기는 제1 구동회로(730_1)에서 생성되는 제1 구동전류(IG, source1, IG, sink1)의 크기의 2m-1 배일 수 있다.
전력 스위치 제어장치(700)는, 턴 온(turn on) 동작 시, 제1 제어신호(VP1) 내지 제2m-1 제어신호(VPm)의 바이너리 코딩을 통해, 전력 스위치(710)의 게이트 구동전류(즉, 소스 전류)를 총 2m 단계로 조절할 수 있다.
한편, 전력 스위치 제어장치(700)는, 턴 오프(turn off) 동작 시, 제2 제어신호(VN1) 내지 제2m 제어신호(VNm)의 바이너리 코딩을 통해, 전력 스위치(710)의 게이트 구동전류(즉, 싱크 전류)를 총 2m 단계로 조절할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 전력 스위치 제어장치(700)는 전력 스위치(710)의 동작 상태에 따라 게이트 구동전류를 단계적으로 조절함으로써, 전력용 MOSFET의 스위칭 노이즈를 증가시키지 않으면서 스위칭 손실을 감소시킬 수 있다.
이하, 본 명세서에서는 본 발명에 따른 게이트 구동회로(230, 730)를 이용하여 전력 스위치(210, 710)의 소프트 스위칭 동작을 구동하기 위한 다양한 실시 예들에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 소프트 스위칭 구동 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, PWM 제어부(220)는 전력 스위치(210)의 소프트 스위칭 동작을 제어하기 위한 복수의 제어신호들(VP1, VP2, VP3, VN1, VN2, VN3)을 생성하여 출력할 수 있다. 이때, PWM 제어부(220)는 컨트롤러(미도시)로부터 수신된 기준 펄스폭 제어신호(VPWM _C)에 기초하여 복수의 제어신호들(VP1, VP2, VP3, VN1, VN2, VN3)을 생성할 수 있다.
PWM 제어부(220)는, 전력 스위치(210)의 턴 온(turn on) 동작 시, 오프(off) 상태의 파형을 갖는 제2 제어신호(VN1), 제4 제어신호(VN2) 및 제6 제어신호(VN3)를 출력할 수 있다. 가령, PWM 제어부(220)는, 기준 펄스폭 제어신호(VPWM _C)의 온(on) 타이밍에 기초하여, 로우 레벨 파형을 갖는 제2 제어신호(VN1), 제4 제어신호(VN2) 및 제6 제어신호(VN3)를 출력할 수 있다.
PWM 제어부(220)는, 전력 스위치(210)의 턴 온(turn on) 동작 시, 제1 구동회로(231)를 통해 제1 소스 전류(IG, source1)를 생성하기 위한 제1 제어신호(VP1)와, 제2 구동회로(232)를 통해 제2 소스 전류(IG, source2)를 생성하기 위한 제3 제어신호(VP2)와, 제3 구동회로(233)를 통해 제3 소스 전류(IG, source3)를 생성하기 위한 제5 제어신호(VP3)를 출력할 수 있다.
좀 더 구체적으로, PWM 제어부(220)는, 기준 펄스폭 제어신호(VPWM _C)의 온(on) 타이밍과 오프 상태의 제어신호들(VN1, VN2, VN3)과의 시간 차(dead time)를 가지고 도 9의 (a)에 도시된 형태의 파형을 갖는 제1 제어신호(VP1), 제3 제어신호(VP2) 및 제5 제어신호(VP3)를 출력할 수 있다.
PWM 제어부(220)는, 전력 스위치(210)의 턴 오프(turn off) 동작 시, 오프(off) 상태의 제1 제어신호(VP1), 제3 제어신호(VP2) 및 제5 제어신호(VP3)를 출력할 수 있다. 가령, PWM 제어부(220)는, 기준 펄스폭 제어신호(VPWM _C)의 오프(off) 타이밍에 기초하여 로우 레벨 형태의 파형을 갖는 제1 제어신호(VP1), 제3 제어신호(VP2) 및 제5 제어신호(VP3)를 출력할 수 있다.
PWM 제어부(220)는, 전력 스위치(210)의 턴 오프(turn off) 동작 시, 제1 구동회로(231)를 통해 제1 싱크 전류(IG, sink1)를 생성하기 위한 제2 제어신호(VN1)와, 제2 구동회로(232)를 통해 제2 싱크 전류(IG, sink2)를 생성하기 위한 제4 제어신호(VN2)와, 제3 구동회로(233)를 통해 제3 싱크 전류(IG, sink3)를 생성하기 위한 제6 제어신호(VN3)를 출력할 수 있다.
좀 더 구체적으로, PWM 제어부(220)는, 기준 펄스폭 제어신호(VPWM _C)의 오프(off) 타이밍과 오프 상태의 제어신호들(VP1, VP2, VP3)과의 시간 차(dead time)를 가지고 도9의 (b)에 도시된 형태의 파형을 갖는 제2 제어신호(VN1), 제4 제어신호(VN2) 및 제6 제어신호(VN3)를 출력할 수 있다.
게이트 구동회로(230)는 PWM 제어부(220)에서 출력하는 복수의 제어신호들(VP1, VP2, VP3, VN1, VN2, VN3)에 따라 전력 스위치(210)의 소프트 스위칭 동작을 구동할 수 있다.
게이트 구동회로(230)는, 전력 스위치(210)의 턴 온(turn on) 동작 시, PWM 제어부(220)로부터 입력된 제어신호들(VP1, VP2, VP3)에 따라 제1 내지 제3 구동회로(231, 232, 233)의 P형 트랜지스터들(320, 420, 520)을 동작하여 제1 내지 제3 소스 전류(IG, source1 , IG, source2 , IG, source3)를 생성할 수 있다. 이때, 게이트 구동회로(230)는 제1 내지 제3 구동회로(231, 232, 233)의 P형 트랜지스터들(320, 420, 520)을 완전히 온(on) 시켰다가 단계적으로 오프(off)시키는 소프트 스위칭 동작을 구동할 수 있다.
가령, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 게이트 구동회로(230)는, 바이너리 코딩이 적용된 제어신호들(VP1, VP2, VP3)을 이용하여 게이트 소스 전류(IG, source)를 최대치로 인가한 후 상기 게이트 소스 전류를 단계적으로 감소시킬 수 있다(7I0 -> 6I0 -> 5I0 -> 4I0 -> 3I0 -> 2I0 -> I0). 이를 통해, 게이트 구동회로(230)는 도 10에 도시된 바와 같은 게이트 소스 전류(IG, source)를 생성할 수 있고, 상기 게이트 소스 전류를 기반으로 전력 스위치(210)의 소프트 스위칭 동작을 구동할 수 있다.
게이트 구동회로(230)는, 전력 스위치(210)의 턴 오프(turn off) 동작 시, PWM 제어부(220)로부터 입력된 제어신호들(VN1, VN2, VN3)에 따라 제1 내지 제3 구동회로(231, 232, 233)의 N형 트랜지스터들(350, 450, 550)을 동작하여 제1 내지 제3 싱크 전류(IG, sink1 , IG, sink2 , IG, sink3)를 생성할 수 있다. 이때, 게이트 구동회로(230)는 제1 내지 제3 구동회로(231, 232, 233)의 N형 트랜지스터들(350, 450, 550)을 완전히 온(on) 시켰다가 단계적으로 오프(off)시키는 소프트 스위칭 동작을 구동할 수 있다.
가령, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 게이트 구동회로(230)는, 바이너리 코딩이 적용된 제어신호들(VN1, VN2, VN3)을 이용하여 게이트 싱크 전류(IG, sink)를 최대치로 인가한 후 상기 게이트 싱크 전류를 단계적으로 감소시킬 수 있다(7I0 -> 6I0 -> 5I0 -> 4I0 -> 3I0 -> 2I0 -> I0). 이를 통해, 게이트 구동회로(230)는 도 10에 도시된 바와 같은 게이트 싱크 전류(IG, sink)를 생성할 수 있고, 상기 게이트 싱크 전류를 기반으로 전력 스위치(210)의 소프트 스위칭 동작을 구동할 수 있다.
이처럼, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 게이트 구동회로는, 전력 스위치의 턴 온 또는 턴 오프 동작 시, 게이트 구동전류를 단계적으로 감소하여 소프트 스위칭 동작을 구동함으로써, 전력 스위치의 EMI 특성을 효과적으로 개선할 수 있다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 소프트 스위칭 구동 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, PWM 제어부(220)는 전력 스위치(210)의 소프트 스위칭 동작을 제어하기 위한 복수의 제어신호들(VP1, VP2, VP3, VN1, VN2, VN3)을 생성하여 출력할 수 있다.
PWM 제어부(220)는, 전력 스위치(210)의 턴 온(turn on) 동작 시, 기준 펄스폭 제어신호(VPWM _C)의 온(on) 타이밍에 기초하여 오프(off) 상태의 파형을 갖는 제2 제어신호(VN1), 제4 제어신호(VN2) 및 제6 제어신호(VN3)를 출력할 수 있다.
PWM 제어부(220)는, 전력 스위치(210)의 턴 온(turn on) 동작 시, 제1 구동회로(231)를 통해 제1 소스 전류(IG, source1)를 생성하기 위한 제1 제어신호(VP1)와, 제2 구동회로(232)를 통해 제2 소스 전류(IG, source2)를 생성하기 위한 제3 제어신호(VP2)와, 제3 구동회로(233)를 통해 제3 소스 전류(IG, source3)를 생성하기 위한 제5 제어신호(VP3)를 출력할 수 있다.
좀 더 구체적으로, PWM 제어부(220)는, 기준 펄스폭 제어신호(VPWM _C)의 온(on) 타이밍과 오프 상태의 제어신호들(VN1, VN2, VN3)과의 시간 차(dead time)를 가지고 도 12의 (a)에 도시된 형태의 파형을 갖는 제1 제어신호(VP1), 제3 제어신호(VP2) 및 제5 제어신호(VP3)를 출력할 수 있다.
PWM 제어부(220)는, 전력 스위치(210)의 턴 오프(turn off) 동작 시, 기준 펄스폭 제어신호(VPWM _C)의 오프(off) 타이밍에 기초하여 오프(off) 상태의 제1 제어신호(VP1), 제3 제어신호(VP2) 및 제5 제어신호(VP3)를 출력할 수 있다.
PWM 제어부(220)는, 전력 스위치(210)의 턴 오프(turn off) 동작 시, 제1 구동회로(231)를 통해 제1 싱크 전류(IG, sink1)를 생성하기 위한 제2 제어신호(VN1)와, 제2 구동회로(232)를 통해 제2 싱크 전류(IG, sink2)를 생성하기 위한 제4 제어신호(VN2)와, 제3 구동회로(233)를 통해 제3 싱크 전류(IG, sink3)를 생성하기 위한 제6 제어신호(VN3)를 출력할 수 있다.
좀 더 구체적으로, PWM 제어부(220)는, 기준 펄스폭 제어신호(VPWM _C)의 오프(off) 타이밍과 오프 상태의 제어신호들(VP1, VP2, VP3)과의 시간 차(dead time)를 가지고 도 12의 (b)에 도시된 형태의 파형을 갖는 제2 제어신호(VN1), 제4 제어신호(VN2) 및 제6 제어신호(VN3)를 출력할 수 있다.
게이트 구동회로(230)는 PWM 제어부(220)에서 출력하는 복수의 제어신호들(VP1, VP2, VP3, VN1, VN2, VN3)에 따라 전력 스위치(210)의 소프트 스위칭 동작을 구동할 수 있다.
게이트 구동회로(230)는, 전력 스위치(210)의 턴 온(turn on) 동작 시, PWM 제어부(220)로부터 입력된 제어신호들(VP1, VP2, VP3)에 따라 제1 내지 제3 구동회로(231, 232, 233)의 P형 트랜지스터들(320, 420, 520)를 동작하여 제1 내지 제3 소스 전류(IG, source1 , IG, source2 , IG, source3)를 생성할 수 있다. 이때, 게이트 구동회로(230)는 제1 내지 제3 구동회로(231, 232, 233)의 P형 트랜지스터들(320, 420, 520)을 단계적으로 온(on) 시켰다가 순간적으로 오프(off)시키는 소프트 스위칭 동작을 구동할 수 있다.
가령, 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 게이트 구동회로(230)는, 바이너리 코딩이 적용된 제어신호들(VP1, VP2, VP3)을 이용하여 게이트 소스 전류(IG, source)를 단계적으로 증가시킨 후 상기 게이트 소스 전류를 순간적으로(또는 일시에) 감소시킬 수 있다(I0 -> 2I0 -> 3I0 -> 4I0 -> 5I0 -> 6I0 -> 7I0 -> I0). 이를 통해, 게이트 구동회로(230)는 도 13에 도시된 바와 같은 게이트 소스 전류(IG, source)를 생성할 수 있고, 상기 게이트 소스 전류를 기반으로 전력 스위치(210)의 소프트 스위칭 동작을 구동할 수 있다.
게이트 구동회로(230)는, 전력 스위치(210)의 턴 오프(turn off) 동작 시, PWM 제어부(220)로부터 입력된 제어신호들(VN1, VN2, VN3)에 따라 제1 내지 제3 구동회로(231, 232, 233)의 N형 트랜지스터들(350, 450, 550)을 동작하여 제1 내지 제3 싱크 전류(IG, sink1 , IG, sink2 , IG, sink3)를 생성할 수 있다. 이때, 게이트 구동회로(230)는 제1 내지 제3 구동회로(231, 232, 233)의 N형 트랜지스터들(350, 450, 550)을 단계적으로 온(on) 시켰다가 순간적으로 오프(off)시키는 소프트 스위칭 동작을 구동할 수 있다.
가령, 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이, 게이트 구동회로(230)는, 바이너리 코딩이 적용된 제어신호들(VN1, VN2, VN3)을 이용하여 게이트 싱크 전류(IG, sink)를 단계적으로 증가시킨 후 상기 게이트 싱크 전류를 순간적으로(또는 일시에) 감소시킬 수 있다(I0 -> 2I0 -> 3I0 -> 4I0 -> 5I0 -> 6I0 -> 7I0 -> I0). 이를 통해, 게이트 구동회로(230)는 도 13에 도시된 바와 같은 게이트 싱크 전류(IG, sink)를 생성할 수 있고, 상기 게이트 싱크 전류를 기반으로 전력 스위치(210)의 소프트 스위칭 동작을 구동할 수 있다.
이처럼, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 게이트 구동회로는, 전력 스위치의 턴 온 또는 턴 오프 동작 시, 게이트 구동전류를 단계적으로 증가하여 소프트 스위칭 동작을 구동함으로써, 전력 스위치의 EMI 특성을 효과적으로 개선할 수 있다.
한편, 이상 본 발명의 다양한 실시 예들에서는 전력 스위치의 턴 온 또는 턴 오프 동작 시, 게이트 구동전류를 단계적으로 감소시켜 소프트 스위칭 동작을 구동하거나 혹은 게이트 구동전류를 단계적으로 증가시켜 소프트 스위칭 동작을 구동하는 것을 예시하고 있으나 이를 제한하지는 않는다. 따라서, 게이트 구동전류를 단계적으로 증가시킨 후 상기 게이트 구동전류를 단계적으로 감소시켜 소프트 스위칭 동작을 구동할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
이상에서 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
200: 전력 스위치 제어회로 210: 전력 스위치
220: PWM 제어부 230: 게이트 구동회로
231: 제1 구동회로 232: 제2 구동회로
233: 제3 구동회로

Claims (7)

  1. 컨트롤러로부터 수신된 기준 펄스폭 제어신호를 기반으로, 바이너리 코딩(binary coding)이 적용된 복수의 제어신호들을 생성하여 출력하는 PWM 제어부; 및
    전력 스위치의 턴 온 또는 턴 오프 동작 시, 상기 PWM 제어부로부터 입력된 복수의 제어신호들에 따라 게이트 구동전류를 단계적으로 조절하여 상기 전력 스위치의 소프트 스위칭(soft switching) 동작을 구동할 수 있는 게이트 구동회로를 포함하고,
    상기 게이트 구동회로는 게이트 소스전류 및 게이트 싱크전류 중 적어도 하나를 생성하기 위한 복수의 구동회로들을 포함하며,
    상기 복수의 구동회로들 각각은, 상기 바이너리 코딩이 가능하도록 서로 다른 게이트 크기(size)를 갖는 P형 및 N형 트랜지스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 스위치 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 PWM 제어부는 게이트 구동전류를 최대치로 인가한 후 상기 게이트 구동전류를 단계적으로 감소시키도록 하는 복수의 제어신호들을 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 스위치 제어장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 PWM 제어부는, 복수의 구동회로들을 각각 동작시킬 수 있는 복수의 제어신호들을 출력하며,
    상기 복수의 제어신호들을 이용하여 상기 복수의 구동회로를 모두 동작시켜 최대 전류를 출력한 후, 상기 복수의 구동회로들을 순차적으로 동작시키지 않으면서 출력 전류를 단계적으로 줄이는 것을 특징으로 하는 전력 스위치 제어장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 PWM 제어부는, 게이트 구동전류를 단계적으로 증가시킨 후 상기 게이트 구동전류를 단계적으로 감소시키도록 하는 복수의 제어신호들을 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 스위치 제어장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 PWM 제어부는, 게이트 구동전류를 단계적으로 증가시킨 후 상기 게이트 구동전류를 순간적으로 감소시키도록 하는 복수의 제어신호들을 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 스위치 제어장치.
KR1020170135348A 2017-10-18 2017-10-18 게이트 구동회로 및 이를 포함하는 전력 스위치 제어장치 Active KR102028388B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170135348A KR102028388B1 (ko) 2017-10-18 2017-10-18 게이트 구동회로 및 이를 포함하는 전력 스위치 제어장치
PCT/KR2018/012233 WO2019078605A1 (ko) 2017-10-18 2018-10-17 게이트 구동회로 및 이를 포함하는 전력 스위치 제어장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170135348A KR102028388B1 (ko) 2017-10-18 2017-10-18 게이트 구동회로 및 이를 포함하는 전력 스위치 제어장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190043367A KR20190043367A (ko) 2019-04-26
KR102028388B1 true KR102028388B1 (ko) 2019-10-07

Family

ID=66173774

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170135348A Active KR102028388B1 (ko) 2017-10-18 2017-10-18 게이트 구동회로 및 이를 포함하는 전력 스위치 제어장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102028388B1 (ko)
WO (1) WO2019078605A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113037059B (zh) * 2019-12-24 2022-11-08 广东美的白色家电技术创新中心有限公司 一种智能功率模块及驱动控制方法
CN113364251A (zh) * 2020-03-02 2021-09-07 广东美的白色家电技术创新中心有限公司 驱动电路、功率模块及电器设备
KR102801622B1 (ko) * 2020-08-31 2025-04-29 한국전기연구원 전력 스위치용 단락보호회로
CN113659972B (zh) * 2021-09-13 2024-01-05 复旦大学 驱动电路以及电子设备
CN117498665B (zh) * 2023-09-28 2024-12-20 海信家电集团股份有限公司 栅极驱动芯片及其控制方法、存储介质及ipm

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008311765A (ja) 2007-06-12 2008-12-25 Yazaki Corp 過熱保護機能付き半導体装置の制御回路
JP2011172446A (ja) * 2010-02-22 2011-09-01 Toyota Motor Corp 半導体電力変換装置
JP2011193705A (ja) 2010-03-17 2011-09-29 Hitachi Appliances Inc 電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路及び電力変換装置
JP2015074309A (ja) 2013-10-08 2015-04-20 株式会社デンソー Ｌｅｄ前照灯調光回路

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2990481B2 (ja) * 1993-08-31 1999-12-13 日本電気精器株式会社 １次・２次ｐｗｍ制御によるソフトスイッチング方法
US7215144B2 (en) * 2004-05-20 2007-05-08 International Business Machines Corporation Pre-emphasis driver with constant impedance
KR100858292B1 (ko) * 2007-02-26 2008-09-11 (주)유비아이사운드 기동소음을 감소시키는 스위칭 증폭 드라이버 및 상기스위칭 증폭 드라이버를 구비하는 오디오 증폭기
KR20150005759A (ko) * 2013-07-04 2015-01-15 성균관대학교산학협력단 멀티 채널 ｌｅｄ 장치를 위한 구동 전류 크기 조절 가능 ｌｅｄ 구동 장치
KR101639488B1 (ko) * 2014-12-10 2016-07-13 현대모비스 주식회사 암 쇼트 방지를 위한 게이트 구동 회로 및 방법
KR101758808B1 (ko) * 2015-06-10 2017-07-19 (주)하이브론 지능형 파워 모듈 및 그의 전원구동모듈

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008311765A (ja) 2007-06-12 2008-12-25 Yazaki Corp 過熱保護機能付き半導体装置の制御回路
JP2011172446A (ja) * 2010-02-22 2011-09-01 Toyota Motor Corp 半導体電力変換装置
JP2011193705A (ja) 2010-03-17 2011-09-29 Hitachi Appliances Inc 電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路及び電力変換装置
JP2015074309A (ja) 2013-10-08 2015-04-20 株式会社デンソー Ｌｅｄ前照灯調光回路

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190043367A (ko) 2019-04-26
WO2019078605A1 (ko) 2019-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102028388B1 (ko) 게이트 구동회로 및 이를 포함하는 전력 스위치 제어장치
JP5825144B2 (ja) 半導体装置およびハイサイド回路の駆動方法
CN110958003B (zh) 自适应栅极驱动器
US10642306B1 (en) Gate driver circuit for reducing deadtime inefficiencies
CN107078733B (zh) 驱动电路
CN113765341A (zh) 一种驱动器、电机驱动电路及动力系统
CN114050712B (zh) 栅极驱动装置及方法
CN112117887A (zh) 用于检测和调整晶体管导通和截止期间的操作区域持续时间的自适应阈值控制系统
US8471606B2 (en) Driver circuit for a semiconductor power switch
US9595967B2 (en) Level shift circuit and driver circuit
JP7308661B2 (ja) スイッチングトランジスタの駆動回路
KR102026929B1 (ko) 전력 스위치용 게이트 구동회로
KR20190011494A (ko) SiC MOSFET용 게이트 구동회로
US6813169B2 (en) Inverter device capable of reducing through current
CA3006290A1 (en) Driver circuit and switch driving method
JP5611118B2 (ja) 半導体集積回路
KR20200067325A (ko) 전력용 mosfet 게이트 구동회로
KR102801622B1 (ko) 전력 스위치용 단락보호회로
KR102284186B1 (ko) 전력용 mosfet 게이트 구동회로
US20090278589A1 (en) Method and Apparatus for Propagation Delay and EMI Control
KR20190011502A (ko) 게이트 구동회로 및 이를 포함하는 전력 스위치 제어장치
US12119817B2 (en) Gate driver circuits with independently tunable performance characteristics
Chen A PMOS-driven H-bridge without dead time for industry applications
JP2010045742A (ja) スイッチング回路装置
JP2008259031A (ja) 負荷駆動装置

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109

PG1501 Laying open of application

St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501

A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201

PA0302 Request for accelerated examination

St.27 status event code: A-1-2-D10-D17-exm-PA0302

St.27 status event code: A-1-2-D10-D16-exm-PA0302

D13-X000 Search requested

St.27 status event code: A-1-2-D10-D13-srh-X000

D14-X000 Search report completed

St.27 status event code: A-1-2-D10-D14-srh-X000

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902

AMND Amendment
P11-X000 Amendment of application requested

St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000

P13-X000 Application amended

St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000

E601 Decision to refuse application
PE0601 Decision on rejection of patent

St.27 status event code: N-2-6-B10-B15-exm-PE0601

AMND Amendment
E13-X000 Pre-grant limitation requested

St.27 status event code: A-2-3-E10-E13-lim-X000

P11-X000 Amendment of application requested

St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000

P13-X000 Application amended

St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000

PX0901 Re-examination

St.27 status event code: A-2-3-E10-E12-rex-PX0901

PX0701 Decision of registration after re-examination

St.27 status event code: A-3-4-F10-F13-rex-PX0701

X701 Decision to grant (after re-examination)
PR0701 Registration of establishment

St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701

PR1002 Payment of registration fee

St.27 status event code: A-2-2-U10-U11-oth-PR1002

Fee payment year number: 1

PG1601 Publication of registration

St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 4

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 5

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 6

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 7