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KR101721107B1 - 게이트 드라이버 구동장치 - Google Patents

게이트 드라이버 구동장치 Download PDF

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KR101721107B1
KR101721107B1 KR1020150100628A KR20150100628A KR101721107B1 KR 101721107 B1 KR101721107 B1 KR 101721107B1 KR 1020150100628 A KR1020150100628 A KR 1020150100628A KR 20150100628 A KR20150100628 A KR 20150100628A KR 101721107 B1 KR101721107 B1 KR 101721107B1
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KR
South Korea
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gate driver
semiconductor switching
switching element
gate
unit
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남경훈
강성희
김종배
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엘에스산전 주식회사
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Priority to JP2016137258A priority patent/JP6567472B2/ja
Priority to US15/210,711 priority patent/US9929729B2/en
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Abstract

본 발명은 반도체 스위칭소자를 구동하는 게이트 드라이버 구동장치에 있어서 상기 반도체 스위칭소자에 제어신호를 출력하는 게이트 드라이버 유닛 및 상기 게이트 드라이버 유닛을 구성하는 적어도 하나의 게이트 드라이버를 작동시켜 상기 스위칭소자의 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 반도체 스위칭소자의 기설정된 동작범위와 검출된 상기 반도체 스위칭소자의 동작상황을 근거하여 상기 적어도 하나의 게이트 드라이버를 작동시킬 수 있는 게이트 드라이버 구동장치이다.

Description

게이트 드라이버 구동장치{GATE DRIVER CIRCUIT FOR POWER SWITCHING DEVICE}
본 발명의 반도체 스위칭소자의 제어장치에 관한 것으로, 특히 다양한 산업용 모터, 인버터, 또는 컨버터와 같이 수천 볼트의 전압이 인가되는 IGBT형 스위칭소자를 동작시 상기 스위칭소자의 동작상황을 검출하고, 상기 검출된 동작상황을 근거하여 상기 스위칭소자를 작동시 적어도 하나 이상의 드라이버를 작동시키는 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 산업용 IGBT형 스위칭소자는 턴-온 지연시간(Turn-on Delay time), 턴-오프 지연시간(Turn-off Delay time), 섭씨 25 도씨와 섭씨 100 도씨의 컬렉터 단자에 흐르는 전류량 등의 특성을 기준으로 구분될 수 있다. 또한, 산업용 IGBT형 스위칭소자의 가장 대중적인 VCE는 600 볼트에서 1200 볼트 사이이며, 3300 볼트의 VCE도 사용되는 추세이다.
즉, IGBT형 스위칭소자가 모터, 인버터, 또는 컨버터와 같은 산업장치에 작동되는 경우, 상기 스위칭소자의 컬렉터 단자와 에미터 단자 간에 전압은 수천 볼트에 이르고, 상기 컬렉터 단자에 흐르는 전류의 양도 수백 암페어(A)가 될 수 있다.
도 1은 종래 반도체 스위칭소자의 제어장치를 나타내고 있다.
여기서, 사용자는 스위칭소자의 작동을 위한 제어명령을 인터페이스(미도시)에 입력하고, 상기 인터페이스는 상기 입력정보를 암호화하고 암호화된 제어신호를 광신호를 통해 스위칭소자를 제어하는 제어부(120)에 전송한다. 이때, 광신호에 실린 암호화된 제어정보는 광학절연기(110)를 통해 전기적 신호로 전환된다. 상기 제어정보를 실은 광신호가 전기적 신호로 전환되면서 불필요한 전기적 소음 또는 두 시스템간의 단락 가능성을 낮출 수 있다.
상기 전환된 전기신호는 제어부(120)에 전달되고, 상기 제어부(120)는 상기 암호화된 신호를 해독하여, 해독된 신호에 근거한 제어신호를 만들도록 로직 회로를 구현할 수 있다. 그리고 상기 해독된 신호에 근거한 제어신호를 게이트 드라이버(130)에 출력할 수 있다. 상기 게이트 드라이버(130)는 수신된 입력신호를 근거하여 상기 스위칭소자(140)의 게이트 단에 신호(전류)를 보내 상기 스위칭소자(140)의 스위칭동작을 활성화한다.
문제는, 이러한 IGBT형 스위칭소자의 폭넓은 범위의 컬렉터 단자와 에미터 단자의 전압(VCE)에 따라 턴-온 및 턴-오프 동작을 개시하기 위한 상기 스위칭소자의 컬렉터 단자에 흐르는 전류(IC)가 달라진다는 점이다. 더불어, 상기 IGBT형 스위칭소자의 스위칭동작은 그것이 갖는 내부 저항 및 커패시터 자체의 특성에 영향을 받고, 동일한 IGBT형 스위치소자들 간에도 그들이 놓인 환경(온도)에 따라 다른 성능을 가지므로, 이러한 변수들을 반영하고 해결할 수 있는 게이트 드라이버 구동장치가 필요한 것이다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 개발된 것으로, 복수의 게이트 드라이버를 포함하여 고전압이 반도체 스위칭소자에 인가되는 경우, 상기 고전압에 상응하는 게이트 신호를 출력하는 게이트 드라이버 구동장치를 제공하고자 하였다.
또한, 사용자에게 상기 반도체 스위칭소자에 인가되는 전압, 입력 또는 출력되는 전류량 또는 상기 스위칭소자의 온도정보를 제공하고, 이들 정보가 반영된 스위칭동작이 이루어지는 회로를 제공하고자 하였다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 스위칭소자를 구동하는 게이트 구동장치는 상기 반도체 스위칭소자에 제어신호를 출력하는 게이트 드라이버 유닛, 및 상기 게이트 드라이버 유닛을 구성하는 적어도 하나의 게이트 드라이버를 작동시켜 상기 반도체 스위칭소자의 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 반도체 스위칭소자의 기설정된 동작범위 또는 검출된 상기 반도체 스위칭소자의 동작상태를 근거하여 상기 적어도 하나의 게이트 드라이버를 작동시킬 수 있다.
이때, 상기 반도체 스위칭소자는 IGBT형 스위칭소자를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 게이트 드라이버장치는 상기 제어부와 연결된 인터페이스를 더 포함하고, 상기 인터페이스는 상기 반도체 스위칭소자의 동작에 관한 입력정보를 수신하거나 수신된 정보에 따른 상기 반도체 스위칭소자의 동작상태를 사용자에게 제공할 수 있다.
이때, 상기 인터페이스는 상기 반도체 스위칭소자에 인가될 전압, 상기 게이트 드라이버의 제품정보, 상기 스위칭소자의 제품정보, 상기 게이트 드라이버 구동장치에 연결된 반도체 스위칭소자의 개수, 전력전환을 위해 요구되는 스위칭소자의 스위칭 주파수, 및 상기 스위칭소자의 게이트 단이 갖는 고유저항 중 적어도 하나의 정보를 입력받을 수 있다.
이때, 상기 제어부와 연결된 측정부를 더 포함하고, 상기 측정부는 상기 반도체 스위칭소자에 인가되는 전압, 상기 반도체 스위칭소자에 입력 또는 출력되는 전류, 및 상기 반도체 스위칭소자의 온도를 측정하고, 상기 측정된 적어도 하나의 정보를 상기 제어부 또는 상기 인터페이스에 제공할 수 있다.
이때, 상기 제어부는 사용자가 입력하는 상기 반도체 스위칭소자의 작동에 관한 프로그래밍에 근거한 로직구성 데이터를 생성하거나 상기 생성된 데이터에 따른 특정로직 회로를 구현할 수 있다.
이때, 상기 제어부와 연결된 절연유닛을 더 포함하고, 상기 절연유닛은 상기 제어부와 상기 게이트 드라이버 유닛 간의 직류전류 또는 교류전류의 흐름을 차단하되, 상기 제어부가 출력하는 제어신호를 상기 게이트 드라이버 유닛에 전달할 수 있다.
이때, 상기 게이트 드라이버 유닛을 구성하는 전부 또는 일부의 게이트 드라이버는 동일한 출력단자를 통해 상기 반도체 스위칭소자에 제어신호를 출력할 수 있다.
이때, 상기 제어부는 상기 전부 또는 일부의 게이트 드라이버가 출력하는 신호의 합이 상기 반도체 스위칭소자의 게이트 단의 입력신호가 되도록 상기 전부 또는 일부의 게이트 드라이버의 조합을 제어할 수 있다.
이때, 상기 게이트 드라이버 유닛의 각각의 게이트 드라이버는 상기 절연유닛을 거쳐 상기 제어부가 출력하는 다중신호를 입력받아 상기 다중신호의 조합을 통해 출력신호를 출력할 수 있다.
이때, 상기 게이트 드라이버유닛의 각각의 게이트 드라이버는 동일한 성능 또는 동일한 특성을 갖는 게이트 드라이버일 수 있다.
이때, 상기 반도체 스위칭소자와 연결된 클램핑 다이오드를 더 포함하고, 상기 클램핑 다이오드는 상기 반도체 스위칭소자에 인가된 전압이 일정하게 유지되도록 상기 스위칭소자의 게이트 단에 연결될 수 있다.
이때, 상기 게이트 드라이버 유닛과 연결된 DC/DC 컨버터를 더 포함하고, 상기 DC/DC 컨버터는 외부전원으로부터 전원을 공급받아 상기 반도체 스위칭소자의 동작과 관련된 모듈 각각에 해당 전원을 출력할 수 있다.
본 발명은 반도체 스위칭소자를 작동하기 위해 복수의 게이트 드라이버를 포함하여 고전압이 상기 반도체 스위칭소자에 인가되는 경우, 상기 고전압에 상응한 게이트 신호를 상기 반도체 스위칭소자에 출력하는 효과가 있다.
또한, 상기 반도체 스위칭소자에 인가되는 전압, 입력 또는 출력되는 전류량 또는 상기 스위칭소자의 온도정보를 측정하여, 측정된 정보가 반영된 스위칭동작이 효율적으로 이루어지도록 하였다.
도 1은 종래의 IGBT형 게이트 드라이버 제어장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체형 스위칭소자의 게이트 드라이버 구동장치(200)를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 인터페이스(290)의 제1 작동을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 인터페이스(290)의 제2 작동을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 게이트 구동장치를 포함한 전력반도체 모듈을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한 본 발명과 관련된 반도체형 스위칭소자의 게이트 구동장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있음을 유념해야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 IGBT형 게이트 드라이버 구동장치(200)를 포함한 전력반도체 모듈(20)을 나타낸다.
본 발명에 따른 게이트 드라이버 구동장치(200)는 반도체 스위칭소자(300)에 제어신호를 출력하는 게이트 드라이버 유닛(250) 및 상기 스위칭소자의 동작상황을 검출하고, 상기 검출된 동작상황을 근거하여 상기 게이트 드라이버 유닛(250)을 구성하는 적어도 하나의 드라이버를 작동시켜 상기 스위칭소자(300)의 스위칭 동작을 제어하는 제어부(220)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예로, 상기 제어부(220)는 상기 스위칭소자(300)의 기설정된 작동범위와 상기 검출된 동작상황을 근거하여 상기 적어도 하나의 게이트 드라이버를 작동시킬 수 있다.
상기 제어부(220)는 인터페이스(290)를 통해 사용자로부터 스위칭소자의 작동정보를 입력받거나, 상기 스위칭소자(300)의 동작상태를 사용자에게 제공할 수 있다.
상기 인터페이스(290)는 사용자의 단말기에 연결되는 모든 외부기기로와 통로 역할을 한다. 사용자는 상기 인터페이스(290)를 통해 상기 게이트 드라이버 구동장치(200)에 전송하고자 하는 정보를 입력할 수 있다.
즉, 상기 인터페이스(290)는 상기 사용자의 단말기와 상기 게이트 드라이버 구동장치(200)를 연결하는 회선으로 구현될 수 있다.
또는, 상기 인터페이스(290)는 상기 게이트 드라이버 구동장치(200)의 일부로서 키 패드(key pad), 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드, 조그 휠, 스위치 중 어느 하나로 구현될 수 있고, 사용자는 상기 인터페이스(290)를 통해 상기 게이트 드라이버 구동장치(200)에 상기 단말기를 사용하지 않고 직접 정보를 입력할 수 있다.
전자 또는 후자에 경우에, 사용자는 상기 인터페이스(290)를 통해 직접 데이터 정보를 입력하거나 또는 키패드 형식의 터치를 통해 스위칭소자(300)에 대한 제어신호의 주파수, 상기 제어신호의 파장, 또는 상기 제어신호의 양의 반 파장 성분의 시작시간 또는 종료시간에 관한 정보를 상기 제어부(220)에 전송시킬 수 있다.
상기 제어부(220)는 사용자의 입력정보를 반영한 로직구성 데이터를 설정된 프로그래밍을 통해 출력하고 상기 로직구성 데이터에 따른 특정로직 회로를 구현하기 위해 소프트웨어적인 구현과 하드웨어적 구현으로 조합될 수 있다.
소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시 예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다.
상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리(미도시)에 저장되고, 제어부(220)에 의해 실행될 수 있다.
하드웨어적인 구현에 의해 상기 제어부(220)는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 포함하고 있다.
이렇게 조합된 구성을 통해 상기 제어부(220)는 사용자로부터 상기 스위칭소자(300)에 관한 정보, 게이트 드라이버 유닛(250)을 구성하는 게이트 드라이버의 정보, 및 상기 스위칭소자(300)에 인가되는 전압, 또는 사용자가 원하는 상기 스위칭소자의 스위칭 주파수(frequency) 등의 정보를 수신하고, 상기 스위칭소자(300)의 스위칭 동작을 수행하기 위한 특정로직 회로를 만들거나 상기 게이트 드라이버 유닛(250)에 작동정보를 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예로, 상기 제어부(220)는 상기 입력받은 정보를 근거하여 상기 스위칭소자(300)가 필요한 최소한의 게이트 전류신호의 크기, 또는 상기 스위칭소자(300)의 작동을 위해 필요한 게이트 드라이버의 개수에 관한 정보를 산출하고 인터페이스(290)를 통해 사용자에게 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 측정부(240)는 상기 반도체 스위칭소자(300)에 인가되는 전압, 상기 스위칭소자(300)의 컬렉터 단에 입력되는 전류량 또는 스위칭소자(300)의 에미터 단자를 흐르는 전류량, 및 상기 스위칭소자(300)에서 측정된 온도 중 적어도 하나를 측정하고 상기 제어부(220) 또는 상기 인터페이스(290)에 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예로, 상기 전송정보를 통해 사용자는 이미 입력된 제어신호의 주파수, 상기 제어신호의 파장, 또는 상기 제어신호의 양의 반 파장 성분의 시작시간 또는 종료시간에 관한 정보를 갱신하여 상기 인터페이스(290)를 통해 상기 제어부(220)에 제공할 수 있다.
상기 제어부(220)는 상기 측정부(240)가 측정한 정보와 사용자가 예상했던 출력 간의 오차를 파악하고, 상기 오차를 최소한으로 줄이기 위한 입력 데이터를 산출할 수 있다.
상기 산출된 오차 또는 상기 산출된 입력 데이터는 사용자에게 제공될 수 있다. 상기 제어부(220)는 상기 오차를 줄이기 위한 특정로직 회로를 재구성하거나 업 데이트된 작동정보를 게이트 드라이버 유닛(250)에 전송할 수 있다.
이를 통해, 상기 스위칭소자(300)에 입력되는 게이트 신호는 실제 스위칭소자의 내/외부적 특성이 반영되어, 사용자가 원하는 스위칭소자의 스위칭 동작을 정확하게 구현할 수 있는 효과가 있다.
기존의 게이트 구동장치는 게이트 드라이버를 통해 일방적으로 연결된 스위칭소자를 작동시켜 왔지만, 상기 제어부(220)는 상기 측정부(240)가 제공하는 정보를 통해 상기 스위칭소자(300)의 동작을 실시간 기준으로 정확하게 제어할 수 있다.
상기 제어부(220)와 인터페이스(290) 사이에 놓인 광학절연부(210)는 상기 게이트 드라이버 구동장치(200)와 상기 인터페이스(290) 각각의 회로시스템에 인가되는 직류전류와 불필요한 교류전류의 흐름은 차단하여 상기 제어부(220)와 인터페이스(290)간의 송수신신호가 잡음 없이 전달되는 효과가 있다.
상기 인터페이스(290)가 구체적으로 어떤 정보를 사용자로부터 수신하고, 또한 상기 사용자에게 어떤 정보를 어떤 방식으로 시현시키는지는 도 3 및 도 4를 통해 살펴보도록 하겠다.
상기 제어부(220)는 게이트 드라이버 유닛(250)에 전기적으로 연결되어 있다.
본 발명에 일 실시 예로, 상기 제어부(220)는 상기 스위칭소자(300)에 인가되는 전압 및 게이트 드라이버 유닛(250)에 관한 정보를 사용자로부터 수신하고, 상기 스위칭소자(300)의 스위칭에 필요한 게이트 드라이버의 개수 또는 상기 스위칭소자(300)의 게이트 단자에 공급되어야 할 전류량을 산출할 수 있다.
상기 게이트 드라이버 유닛(250)을 구성하는 복수개의 게이트 드라이버 IC는 상기 제어부(220)가 출력하는 신호를 수신하는데, 이때 상기 제어부(220)에서 출력된 신호는 디지털 아이솔레이터(230)를 지나갈 수 있다.
상기 디지털 아이솔레이터(230)는 상기 제어부(220) 및 상기 게이트 드라이버 유닛(250) 각각의 회로시스템에 인가되는 직류전원과 불필요한 교류전류의 흐름은 차단하고, 이들 각각이 접지되어 단락이 발생하는 위험을 방지할 수 있다.
상기 제어부(220)와 단락보호회로부(260)는 서로 전기적으로 연결되어 상기 단락보호회로부(260)가 상기 IGBT 스위칭소자에 흐르는 과전류를 인지하고, 상기 인지된 정보를 상기 제어부(220)에 전송할 수 있다.
상기 제어부(220)는 상기 과전류가 기 설정된 최대허용전류(단락전류)에 해당하는지 여부를 파악 후, 이에 상응한 제어신호를 상기 단락보호회로부(260)에 전송하여 단락전류로부터 상기 스위칭소자(300)를 보호할 수 있다.
상기 게이트 드라이버 유닛(250)의 출력단은 상기 IGBT 스위칭소자(300)의 게이트 단과 연결되어, 출력된 제어신호에 근거하여 상기 스위칭소자(300)가 턴-온 또는 턴-오프 동작을 할 수 있다.
여기서, 상기 게이트 드라이버 유닛(250)은 복수의 게이트 드라이버IC 를 포함하며 상기 스위칭소자(300)의 스위칭동작을 제어하기 위한 전류량을 공급할 수 있다.
예를 들어, 수천 볼트가 걸리는 반도체 스위칭소자에 하나의 게이트 드라이버를 사용하는 경우, 상기 스위칭소자에 출력 가능한 전류량이 제어를 위해 요구되는 전류량에 못 미치는 경우가 발생할 수 있다.
그렇지만 상기 본 발명에 따른 복수의 게이트 드라이버 IC로 이루어진 게이트 드라이버 유닛(250)을 사용하면 상기 복수의 게이트 드라이버 IC 중 전부 또는 일부가 출력하는 전류량(게이트 신호)이 유동적으로 조합되어 해당 스위칭소자(300)의 동작을 위한 전류량을 출력할 수 있다. 그러므로, 기존의 소형 게이트 드라이버를 사용하면서 수백에서 수천 볼트까지 인가되는 다양한 종류의 산업용 반도체소자를 제어할 수 있는 것이다.
상기 게이트 드라이버 유닛(250)은 n개의 동일한 타입의 게이트 드라이버로 구성될 수 있다. 이에 대한 효과로, 상기 제어부(220)는 입력정보(예를 들어 상기 스위칭소자(300)의 인가전압, 상기 스위칭소자(300)의 제품번호, 또는 총 상기 스위칭소자(300)의 개수)를 수신한 경우, 상기 스위칭소자(300)의 게이트 단에 요구되는 공급 전류량을 출력하기 위해 필요한 m개의 게이트 드라이버를 동작시킬 수 있다.
또한, 상기 게이트 드라이버 구동장치(200)는 제어부(220), 디지털 아이솔레이터(230), 측정부(240), 및 게이트 드라이버 유닛(250) 등의 각각의 모듈이 요구하는 전원을 생성하는 DC/DC 컨버터(280)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 DC/DC 컨버터(280)는 하나의 외부전원으로부터 전원을 공급받아 상기 스위칭소자(300)의 동작과 관련된 모듈 각각에 공급되는 복수의 전원들을 출력할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예로, 상기 게이트 드라이버 구동장치(200)는 클램핑 다이오드(270)를 더 포함하고, 상기 클램핑 다이오드(270)는 상기 반도체형 스위칭소자(300)의 컬렉터와 게이트를 연결하는 VCG 클램핑 다이오드(271)와 상기 반도체형 스위칭소자(300)의 게이트와 에미터를 연결하는 VGE 클램핑 다이오드(272)를 포함할 수 있다.
상기 클램핑 다이오드(270)는 상기 스위칭소자(300)에 인가되는 전압이 일정하게 유지되도록 상기 스위칭소자(300)의 게이트 단자에 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 게이트 드라이버 구동장치(200)의 제1 작동을 나타낸다.
본 발명의 일 예로서, 제어부(220)는 사용자로부터 스위칭소자(300)를 작동하기 위한 입력정보를 인터페이스(290)를 통해 입력받을 수 있다.
즉, 상기 인터페이스(290)는 상기 스위칭소자(300)에 인가될 전압(310), 상기 게이트 구동장치에 설치된 게이트 드라이버 제품정보(320), 상기 스위칭소자의 제품번호(330), 상기 게이트 드라이버 구동장치(200)에 연결된 스위칭소자의 개수(340), 전력전환을 위해 요구되는 상기 스위칭소자의 스위칭 주파수(350), 및 상기 스위칭소자의 게이트가 갖는 고유저항(360) 중 적어도 하나의 정보를 입력받을 수 있다.
상기 정보는 도 2를 통해 살펴본 바와 같이 상기 제어부(220)가 상기 스위칭소자(300)를 효과적으로 제어하기 위한 입력정보로 활용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 게이트 드라이버 구동장치(200)의 제2 작동을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 예로서, 제어부(220)는 사용자가 입력한 정보에 근거하여 계산하거나 검출한 정보를 인터페이스(290)를 통해 사용자에 제공할 수 있다.
본 발명의 일 예로서, 도 3에서 도시된 사용자의 입력정보에 근거하여, 상기 제어부(220)는 동작 가능한 게이트 드라이버 채널(410), 스위칭소자(300)에 인가되는 전압(420), 사용자가 요구하는 스위칭동작을 위해 상기 스위칭소자(300)의 게이트 단에 요구되는 전류량, 상기 스위칭소자(300)의 동작에 필요한 게이트 드라이버 유닛(250)의 게이트 드라이버의 개수, 상기 스위칭소자(300)에서 측정된 전하의 개수 중 적어도 하나의 정보를 상기 인터페이스(290)를 통해 표시할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 게이트 구동장치를 포함한 전력반도체 모듈을 나타낸다.
여기서 슬레이브 모듈유닛(540)을 구성하는 복수 개의 슬레이브 모듈(541,542,543,544,545,546) 각각은 도 2에서 도시된 게이트 구동장치(200)와 반도체형 스위칭소자(300)를 포함하고 상기 복수 개의 슬레이브 모듈(541,542,543,544,545,546)은 마스터 모듈(510)에 의해 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예로서, 상기 마스터 모듈(510)은 도 2에서 도시된 인터페이스(290)와 유사한 기능을 갖는 인터페이스(511), 도 2의 광학절연부(210)와 유사한 기능을 갖는 광학절연부(512) 및 도 2의 제어부(220)의 역할을 하는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 제어로직(513)을 포함할 수 있다.
상기 FPGA(Field Programmable Gate Array) 제어로직(513)은 인터페이스(511)을 통해 입력된 정보에 근거한 로직구성 데이터를 생성하거나 생성된 데이터에 따른 특정회로를 구현할 수 있다. 상기 입력정보는 상기 복수 개의 슬레이브 모듈(541,542,543,544,545,546) 중 전부 또는 일부에 관한 정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예로, 사용자는 상기 복수 개의 슬레이브 모듈(541,542,543,544,545,546) 중 전부 또는 일부를 동작시키기 위해 상기 마스터 모듈(510)에 포함된 인터페이스(511)를 통해 해당정보를 입력할 수 있다.
여기서, 광학절연부(512)를 통한 상기 인터페이스(511)와 상기 FPGA(Field Programmable Gate Array) 제어로직(513) 간의 통신방식은 도 2의 인터페이스(290)와 제어부(220) 간의 통신방식과 유사할 수 있다.
상기 인터페이스(511)를 통해 제공한 입력정보가 입력된 후, 상기 FPGA(Field Programmable Gate Array) 제어로직(513)은 상기 선정된 구동장치에 대한 출력정보를 사용자에게 제공하거나 또는 상기 선정된 게이트 드라이버모듈을 구동시킬 수 있다.
여기서, 상기 FPGA(Field Programmable Gate Array) 제어로직(513)이 직접 상기 선정된 구동장치를 직접 구동시키거나 또는 상기 구동장치 내의 제어부(미도시)에 상기 사용자가 제공한 입력정보를 제공함으로써 간접적으로 상기 선정된 게이트 드라이버모듈을 작동시킬 수 있다.
그러므로, 사용자가 상기 복수 개의 슬레이브 모듈(541,542,543,544,545,546) 각각을 제어하는 번거로움을 덜 수 있어 제어의 효율성을 높이는 효과가 있다.
20: 전력반도체 모듈(본 발명)
100: 게이트 드라이버 모듈(종래) 250: 게이트 드라이버 유닛
200: 게이트 드라이버 구동장치(본 발명) 260: 단락보호회로부
210: 광학절연부 270: 클램핑 다이오드
220: 제어부 280: DC/DC 컨버터
230: 디지털 아이솔레이터 290: 인터페이스
240: 측정부 300: 반도체형 스위칭소자

Claims (13)

  1. 반도체 스위칭소자를 구동하는 게이트 드라이버 구동장치에 있어서
    상기 반도체 스위칭소자에 제어신호를 출력하는 게이트 드라이버 유닛;
    상기 게이트 드라이버 유닛을 구성하는 적어도 하나의 게이트 드라이버를 작동시켜 상기 반도체 스위칭소자의 동작을 제어하는 제어부; 및
    상기 제어부와 연결되고, 사용자가 설정한 상기 반도체 스위칭소자의 동작에 관한 입력정보를 수신하여 상기 제어부에 제공하거나 수신된 정보에 따른 상기 반도체 스위칭소자의 동작상태를 사용자에게 제공하는 인터페이스를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 반도체 스위칭소자의 기설정된 동작범위와 검출된 상기 반도체 스위칭소자의 동작상황을 근거하여 상기 적어도 하나의 게이트 드라이버를 작동시키고,
    또한 상기 제어부는, 상기 인터페이스로부터 수신한 상기 반도체 스위칭소자의 동작에 관한 상기 입력정보에 따라서, 필요한 상기 반도체 스위칭소자의 게이트 단자에 공급되어야 할 전류량과 상기 반도체 스위칭소자의 동작에 필요한 상기 게이트 드라이버의 개수를 산출하고, 상기 인터페이스를 통해 표시하게 구성되는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 스위칭소자는,
    IGBT형 스위칭소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인터페이스는 상기 반도체 스위칭소자의 동작에 관한 입력정보를 수신하거나 수신된 정보에 따른 상기 반도체 스위칭소자의 동작상태를 사용자에게 제공하는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버 구동장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 인터페이스는,
    상기 반도체 스위칭소자에 인가될 전압, 상기 게이트 드라이버의 제품정보, 상기 반도체 스위칭소자의 제품정보, 상기 게이트 드라이버 구동장치에 연결된 반도체 스위칭소자의 개수, 전력전환을 위해 요구되는 상기 반도체 스위칭소자의 스위칭 주파수, 및 상기 반도체 스위칭소자의 게이트 단이 갖는 고유저항 중 적어도 하나의 정보를 입력받는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버 구동장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부와 연결된 측정부를 더 포함하고,
    상기 측정부는 상기 반도체 스위칭소자에 인가되는 전압, 상기 반도체 스위칭소자에 입력 또는 출력되는 전류, 및 상기 반도체 스위칭소자의 온도를 측정하고, 상기 측정된 적어도 하나의 정보를 상기 제어부 또는 상기 인터페이스에 제공하는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버 구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    사용자가 입력하는 상기 반도체 스위칭소자의 작동에 관한 프로그래밍에 근거한 로직구성 데이터를 생성하거나 상기 생성된 데이터에 따른 특정로직 회로를 구현하는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버 구동장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부와 연결된 절연유닛을 더 포함하고,
    상기 절연유닛은 상기 제어부와 상기 게이트 드라이버 유닛 간의 직류전류 또는 교류전류의 흐름을 차단하되, 상기 제어부가 출력하는 제어신호를 상기 게이트 드라이버 유닛에 전달하는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버 구동장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 게이트 드라이버 유닛을 구성하는 전부 또는 일부의 게이트 드라이버는,
    동일한 출력단자를 통해 상기 반도체 스위칭소자에 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버 구동장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전부 또는 일부의 게이트 드라이버가 출력하는 신호의 합이 상기 반도체 스위칭소자의 게이트 단의 입력신호가 되도록 상기 전부 또는 일부의 게이트 드라이버의 조합을 제어하는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버 구동장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 게이트 드라이버 유닛을 구성하는 전부 또는 일부의 게이트 드라이버는,
    상기 절연유닛을 거쳐 상기 제어부가 출력하는 다중신호를 입력받아 상기 다중신호의 조합을 통해 출력신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버 구동장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 게이트 드라이버유닛의 각각의 게이트 드라이버는,
    동일한 성능 또는 동일한 특성을 갖는 게이트 드라이버인 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버 구동장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 스위칭소자와 연결된 클램핑 다이오드를 더 포함하고, 상기 클램핑 다이오드는 상기 반도체 스위칭소자에 인가된 전압이 일정하게 유지되도록 상기 반도체 스위칭소자의 게이트 단에 연결된 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버 구동장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 게이트 드라이버 유닛과 연결된 DC/DC 컨버터를 더 포함하고,
    상기 DC/DC 컨버터는 외부전원으로부터 전원을 공급받아 상기 반도체 스위칭소자의 동작과 관련된 모듈 각각에 해당 전원을 출력하는 것을 특징으로 하는 게이트 드라이버 구동장치.
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