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KR102781905B1 - 전력 변환기의 게이트 구동 회로 - Google Patents

전력 변환기의 게이트 구동 회로 Download PDF

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KR102781905B1
KR102781905B1 KR1020247029970A KR20247029970A KR102781905B1 KR 102781905 B1 KR102781905 B1 KR 102781905B1 KR 1020247029970 A KR1020247029970 A KR 1020247029970A KR 20247029970 A KR20247029970 A KR 20247029970A KR 102781905 B1 KR102781905 B1 KR 102781905B1
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pulse transformer
stage
auxiliary winding
pulse
coupling
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이사무 하세가와
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메이덴샤 코포레이션
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Abstract

반도체 소자가 직렬로 연결된 전력 변환기의 게이트 구동 회로에서, 복수개의 펄스 변성기 tr1, tr2는 직렬로 연결된 제1 권선 tr1a, tr2a와, 각각의 반도체 소자 S1, S2에 직접 또는 간접적으로 연결된 제2 권선 tr1b, tr2b를 갖고, 펄스 변성기 tr1, tr2는 1차측과 2차측을 서로 절연시키면서 1차측에서 2차측으로 전력, 또는 전력과 제어 신호를 전달한다.
보조 권선 3은 복수개의 펄스 변성기 tr1, tr2를 서로 자기적으로 결합시킨다. 펄스 변성기의 제조상의 차이 등으로 인한 인가 전압의 불균형이 해소된 전력 변환기의 게이트 구동 회로가 제공된다.

Description

전력 변환기의 게이트 구동 회로
본 발명은 펄스 변성기 제조상의 불균일성 등의 원인으로 인해 전력 변환기의 게이트 구동 회로에 있어서 인가되는 전압의 불균형을 줄이는 방법에 관한 것이다.
도 6은 특허문헌 1에 따른 회로 구성을 나타낸다. 특허문헌 1(도 6)은 AC/DC 컨버터(13) 및 변성기 구동 회로(14)를 통해 펄스 변성기(15)를 구동하고, 이를 통해 절연을 확보하면서 게이트 구동을 위한 전력을 전달하도록 구성된 반도체 소자의 게이트 구동 회로에 관한 발명을 개시하고 있다.
그러나 도 6의 회로는 펄스 변성기(15)의 1차 권선(16)을 직렬로 연결하고 1차 권선(16)에 전압을 가하도록 구성되어 있다.
이로 인해 펄스 변성기(15)의 여자 인덕턴스에 불균형이 발생할 수 있으며, 그로 인해 아래에 설명된 문제가 발생할 수 있다.
2차측 전압의 불균형으로 인해 다이오드 브리지 정류기 회로(27) 등의 듀티(duty)가 증가할 수 있다.
또한 펄스 변성기(15)에 가해지는 전압 불균형은 펄스 변성기(15)의 철손(iron loss )을 증가시키고 코어 크기를 증가시킬 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 펄스 변성기의 제조상의 불균일성 등의 원인으로 인해 인가되는 전압의 불균형을 해결하는 전력 변환기의 게이트 구동 회로를 제공하는 것이 요구된다.
특허문헌 1: 일본국특허 제5221203호
본 발명의 목적은 펄스 변성기의 제조상의 불균일성 등의 원인으로 인해 인가되는 전압의 불균형을 해결하는 전력 변환기의 게이트 구동 회로를 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 고려한 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 전력 변환기의 게이트 구동 회로는 직렬로 연결된 반도체 소자; 각각 1차 권선과 2차 권선을 포함하되, 펄스 변성기의 상기 1차 권선이 직렬로 연결되고, 펄스 변성기의 상기 2차 권선은 각각 반도체 소자에 직접 또는 간접적으로 연결되며, 상기 펄스 변성기들은 1차 측에서 2차 측으로 전력 또는 전력 및 제어 신호를 전송하는 동안 상기 펄스 변성기들의 1차 측과 2차 측 사이에 절연을 확보하는 상기 펄스 변성기들; 및 상기 펄스 변성기들 사이에 자기 결합을 형성하는 보조 권선;을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 게이트 구동 회로는 상기 펄스 변성기의 n개 단계들을 포함하며, 여기서 n은 2 이상의 자연수이다.
1단 펄스 변성기에는 상기 1단의 후단의 상기 펄스 변성기와 자기 결합(magnet coupling)을 형성하는 후단 결합 보조 권선이 구비된다. 상기 1단과 n단을 제외한 각 단계의 상기 펄스 변성기에는 다음이 구비된다: 각 단의 전단의 상기 펄스 변성기들과 자기 결합을 형성하는 전단 결합 보조 권선; 및 각 단의 후단의 상기 펄스 변성기와 자기 결합을 형성하는 후단 결합 보조 권선.
상기 n단의 상기 펄스 변성기에는 상기 n단의 전단의 상기 펄스 변성기와 자기 결합을 형성하는 전단 결합 보조 권선이 구비된다. k 단의 상기 펄스 변성기의 후단 결합 보조 권선과 (k+1) 단의 상기 펄스 변성기의 전단 결합 보조 권선은 서로 연결되며, 여기서 k는 1부터 n-1까지의 자연수 중 하나이다.
본 발명의 상기 측면들에 따르면 펄스 변성기의 제조 불균일성과 같은 원인으로 인해 인가되는 전압의 불균형을 해결하는 전력 변환기의 게이트 구동 회로를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 전력 변환기의 게이트 구동 회로를 도시한 도면이다.
도 2는 특허문헌 1에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 타임차트이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 타임 차트이다.
도 4는 제2 실시예에 따른 전력 변환기의 게이트 구동 회로를 도시한 도면이다.
도 5는 제3 실시예에 따른 전력 변환기의 게이트 구동 회로를 도시한 도면이다.
도 6은 특허문헌 1에 따른 전력변환기의 게이트 구동회로를 도시한 도면이다.
이하에서는 본 발명에 따른 전력 변환기의 게이트 구동 회로의 제1 내지 제3 실시예에 대해 도1 내지 도5를 참조하여 상세히 설명한다.
[제1 실시예]
도 1은 제1 실시예에 따른 전력 변환기의 게이트 구동 회로의 회로 구성을 예 시하고 있다.
도1은 교류 전원(1), 변조기 회로(2), 펄스 변성기(tr1 및 tr2), 보조 권선(3), 복조기 회로( 4a 및 4b), 반도체 소자(S1 및 S2)를 나타낸다.
반도체 소자(S1, S2)는 직렬로 연결되어 높은 내전압을 실현한다.
제1 실시예에 따른 전력변환장치의 게이트 구동회로는 두 개의 펄스변성기(tr1, tr2)를 직렬로 연결한 경우이다.
제1단계 펄스 변성기 tr1은 1차 권선 tr1a와 2차 권선 tr1b를 포함하며, 추가로 후단 결합 보조 권선 tr1c를 갖는다. 후단 결합 보조 권선 tr1c는 후단 펄스 변성기 tr2와 자기 결합을 확보하는 데 사용된다.
제2단계 펄스 변성기 tr2는 1차 권선 tr2a와 2차 권선 tr2b를 포함하며, 또한 전단 결합 보조 권선 tr2d를 갖는다. 전단 결합 보조 권선 tr2d는 전단 펄스 변성기 tr1과 자기 결합을 확보하는 데 사용된다.
펄스 변성기 tr1 및 tr2에서 1차 권선 tr1a 및 tr2a는 직렬로 서로 연결되고, 2차 권선 tr1b 및 tr2b는 각각 복조 회로 4a 및 4b를 통해 간접적으로 반도체 소자 S1 및 S2에 연결된다.
펄스 변성기 tr1, tr2는 펄스 변성기 tr1, tr2의 1차측과 2차측 사이에 절연을 형성하고, 1차측에서 2차측으로 전력 또는 전력 및 제어 신호를 전송한다.
후단 결합 보조 권선 tr1c와 전단 결합 보조 권선 tr2d는 서로 연결되어 보조 권선 3을 형성한다. 보조 권선 3은 펄스 변성기 tr1과 tr2 사이에 자기 결합을 확보한다. 참조 번호 i1은 1차 권선 tr1a 및 tr2a에서 흐르는 전류를 나타낸다. 참조 번호 i2는 보조 권선 3에 흐르는 전류를 나타낸다.
펄스 변성기 tr1과 tr2 사이에 여자 인덕턴스의 불균일성이 있고, 이로 인해 펄스 변성기 tr1과 tr2에 작용하는 전압에 차이가 있는 경우, 보조 권선 3에는 전류 i2가 흐른다. 이는 펄스 변성기 tr1과 tr2에 가해지는 전압의 균형을 맞춘다. 보조 권선 3의 이러한 효과는 다음과 같은 수학식을 사용하여 증명될 수 있다.
다음 수학식 (1) 및 (2)는 각각 펄스 변성기 tr1에 작용하는 전압 vtr1과 펄스 변성기 tr2에 작용하는 전압 vtr2를 나타낸다. 여기서, L1은 펄스 변성기 tr1의 자기 인덕턴스; M1은 펄스 변성기 tr1과 후단 결합 보조 권선 tr1c 사이의 상호 인덕턴스; L2는 펄스 변성기 tr2의 자기 인덕턴스; M2는 펄스 변성기 tr2와 전단 결합 보조 권선 tr2d 사이의 상호 인덕턴스이다.
[수학식 1]
[수학식 2]
다음 수학식 (3) 및 (4)는 각각 상호 인덕턴스 M1 및 M2를 나타낸다. 여기서 L3은 펄스 변성기 tr1에 제공된 후단 결합 보조 권선 tr1c의 자기 인덕턴스; k1은 펄스 변성기 tr1과 후단 결합 보조 권선 tr1c 사이의 자기 결합 계수; L4는 펄스 변성기 tr2에 제공된 전단 결합 보조 권선 tr2d의 자기 인덕턴스; k2는 펄스 변성기 tr2와 전단 결합 보조 권선 tr2d 사이의 자기 결합 계수이다.
[수학식 3]
[수학식 4]
다음의 수학식(5)은 키르히호프의 법칙으로부터 유도된 보조권선 3의 전압 방정식을 표현한 것이다.
[수학식 5]
그리고 펄스 변성기 tr1의 1차 권선 tr1a와 후단 결합 보조 권선 tr1c 사이의 권선비가 펄스 변성기 tr2의 1차 권선 tr2a와 전단 결합 보조 권선 tr2d 사이의 권선비와 같고, 자기 결합들이 이상적으로 형성된다고 가정하면(즉, 결합 계수 k1, k2 = 1), L3 = L1 및 L4 = L2 방정식이 만족된다. 그러므로, M1 = L1, M2 = L2의 방정식이 만족되고, 수학식 (5)는 다음의 수학식 (6)으로 변환될 수 있다.
[수학식 6]
수학식 (1) 및 (2)를 수학식 (6)에 대입하면 다음의 수학식 (7)을 얻는다. 이는 보조 권선 3을 통해 펄스 변성기 tr1과 tr2 사이의 여자 인덕턴스 값이 다르더라도 펄스 변성기 tr1과 tr2에 가해지는 전압을 동일하게 할 수 있음을 보여준다.
[수학식 7]
도 2는 특허문헌 1에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 3은 제1 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 이러한 시뮬레이션 결과는 펄스 변성기 tr1과 tr2를 직렬로 연결하고 펄스 변성기 tr1과 tr2 사이의 인덕턴스 값에 있어서의 27.5%의 차이를 설정한 경우의 결과이다.
도 3의 시뮬레이션 결과는 펄스 변성기 tr1의 전압 Vtr1과 펄스 변성기 tr2의 전압 Vtr2가 파형상으로 서로 실질적으로 동일함을 보여준다. 이는 보조 권선 3이 펄스 변성기 tr1과 tr2에 가해지는 전압을 균등하게 하는 역할을 하며, 위에서 설명한 수학식이 맞음을 보여준다.
(효과)
제1 실시예는 펄스 변성기 tr1과 tr2 사이에 보조 권선 3을 배치하도록 구성되어 있으며, 그 1차 권선들은 직렬로 연결되어 펄스 변성기 tr1과 tr2와 자기 결합을 형성한다. 이는 펄스 변성기 tr1과 tr2 사이의 여자 인덕턴스에 있어서 펄스 변성기 제조상의 불균일성 등의 원인으로 인해 불균일한 경우에도 펄스 변성기 tr1과 tr2에 가해지는 전압 분배를 균등하게 하는 역할을 한다.
이로써 다음의 효과(1) 및 (2)가 얻어진다.
(1) 펄스 변성기 tr1, tr2는 철손(iron loss)이 감소하므로 그 코어의 크기를 줄일 수 있다.
(2) 2차측 회로의 구성 요소는 평준화되고 듀티(duty)가 감소될 수 있다. 이는 신뢰성을 향상시키거나 저부하 회로 부품을 채택할 수 있게 하여 비용을 절감하게 하는 역할을 한다.
종래의 펄스 변성기와 비교했을 때, 제1 실시예는 보조 권선을 추가로 포함하며, 펄스 변성기의 철손이 감소하여 코어의 소형화가 가능하다.
이는 펄스 변성기를 구비한 회로가, 종래 기술에 기초하든 제1 실시예에 기초하든, 절연 거리를 확보하기 위해 1차측과 2차측 사이에 충분한 거리를 확보하도록 구성되고, 1차 권선과 2차 권선 모두에 저권회(low-turns) 권선을 채용하기 때문이다. 이를 통해 치수에 영향을 주지 않고 2차 권선에 가깝게 한 바퀴 정도의 보조 권선을 추가할 수 있게 한다.
따라서, 제1 실시예는 펄스 변성기의 크기를 줄이고, 그에 따라 전력 변환기의 크기를 줄이게 한다.
[제2 실시예]
도 4는 제2 실시예에 따른 전력 변환기의 게이트 구동 회로의 회로 구성을 나타낸다. 제2 실시예는 반도체 소자 S1, S2, S3의 3개를 직렬로 연결하고, 펄스 변성기 tr1, tr2, tr3의 3개를 직렬로 연결하는 경우를 예시한다. 3개의 반도체 소자 S1, S2, S3 및 3개의 펄스 변성기 tr1, tr2, tr3에 대응하여, 또한 3개의 복조 회로 4a, 4b, 4c가 제공된다.
1단계 펄스 변성기 tr1은 1차 권선 tr1a와 2차 권선 tr1b를 포함하며, 추가로 후단 결합 보조 권선 tr1c를 갖는다. 후단 결합 보조 권선 tr1c는 후단 펄스 변성기 tr2와 자기 결합을 형성하는 역할을 한다.
2단계 펄스 변성기 tr2는 1차 권선 tr2a와 2차 권선 tr2b를 포함하며, 또한 전단 결합 보조 권선 tr2d와 후단 펄스 변성기 tr2c를 갖는다. 전단 결합 보조 권선 tr2d는 전단 펄스 변성기 tr1과 자기 결합을 형성하는 역할을 한다. 후단 펄스 변성기 tr2c는 후단 펄스 변성기 tr3와 자기 결합을 형성하는 역할을 한다.
3단 펄스 변성기 tr3는 1차 권선 tr3a와 2차 권선 tr3b를 포함하며, 또한 전단 결합 보조 권선 tr3d를 갖는다. 전단 결합 보조 권선 tr3d는 전단 펄스 변성기 tr2와 자기 결합을 형성하는 역할을 한다.
1단 펄스 변성기 tr1에 제공된 후단 결합 보조 권선 tr1c와, 2단 펄스 변성기 tr2에 제공된 전단 결합 보조 권선 tr2d는 서로 연결된다. 2단 펄스 변성기 tr2에 제공된 후단 펄스 변성기 tr2c와, 3단 펄스 변성기 tr3에 제공된 전단 결합 보조 권선 tr3d는 서로 연결된다.
후단 결합 보조 권선 tr1c와 전단 결합 보조 권선 tr2d는 서로 연결되어 보조 권선 3a를 형성한다. 후단 펄스 변성기 tr2c와 전단 결합 보조 권선 tr3d는 서로 연결되어 보조 권선 3b를 형성한다. 보조 권선 3a는 펄스 변성기 tr1과 tr2 사이에 자기 결합을 형성한다. 보조 권선 3b는 펄스 변성기 tr2와 tr3 사이에 자기 결합을 형성한다.
2단 펄스 변성기 tr2는 1단 펄스 변성기 tr1과 3단 펄스 변성기 tr3의 두 보조 권선에 결합된다. 이를 통해 그 보조 권선이 직접 결합되지 않는 펄스 변성기 tr1과 tr3에 가해지는 전압의 균형을 맞출 수 있다.
펄스 변성기 tr1~tr3의 1차 권선 tr1a~tr3a에는 전류 i1이 흐른다.
보조 권선 3a에는 전류 i2가 흐른다.
보조 권선 3b에는 전류 i3가 흐른다.
펄스 변성기 tr1~tr3에 여자 인덕턴스의 불균일성이 있고, 이로 인해 펄스 변성기 tr1~tr3에 작용하는 전압에 차이가 있는 경우, 전류는 보조 권선 3a 및 3b에서 흐른다. 이는 펄스 변성기 tr1~tr3에 가해지는 전압의 균형을 맞춘다. 보조 권선 3a 및 3b의 효과는 다음과 같은 수학식을 사용하여 증명될 수 있다.
다음의 수학식 (8), (9), (10)은 각각 펄스 변성기 tr1에 작용하는 전압 vtr1, 펄스 변성기 tr2에 작용하는 전압 vtr2, 펄스 변성기 tr3에 작용하는 전압 vtr3을 나타내는데, 여기서 L1은 펄스 변성기 tr1의 자기 인덕턴스; M1은 펄스 변성기 tr1과 후단 결합 보조 권선 tr1c 사이의 상호 인덕턴스; L2는 펄스 변성기 tr2의 자기 인덕턴스; M2는 펄스 변성기 tr2와 전단 결합 보조 권선 tr2d 사이의 상호 인덕턴스; M3은 펄스 변성기 tr2와 후단 펄스 변성기 tr2c 사이의 상호 인덕턴스; L3은 펄스 변성기 tr3의 자기 인덕턴스; M4는 펄스 변성기 tr3과 전단 결합 보조 권선 tr3d 사이의 상호 인덕턴스이다.
[수학식 8]
[수학식 9]
[수학식 10]
다음의 수학식 (11), (12), (13), (14), (15)는 각각 펄스 변성기 tr1과 후단 결합 보조 권선 tr1c 사이의 상호 인덕턴스 M1, 펄스 변성기 tr2와 전단 결합 보조 권선 tr2d 사이의 상호 인덕턴스 M2, 펄스 변성기 tr2와 후단 펄스 변성기 tr2c 사이의 상호 인덕턴스 M3, 펄스 변성기 tr3과 전단 결합 보조 권선 tr3d 사이의 상호 인덕턴스 M4, 보조 권선 3a와 보조 권선 3b 사이의 상호 인덕턴스 M5를 나타내는데, 여기서, L4는 펄스 변성기 tr1에 구비된 후단 결합 보조 권선 tr1c의 자기 인덕턴스; k1은 펄스 변성기 tr1과 후단 결합 보조 권선 tr1c 사이의 자기 결합 계수; L5는 펄스 변성기 tr2에 구비된 전단 결합 보조 권선 tr2d의 자기 인덕턴스; k2는 펄스 변성기 tr2와 전단 결합 보조 권선 tr2d 사이의 자기 결합 계수; L6은 펄스 변성기 tr2에 제공된 후단 펄스 변성기 tr2c의 자기 인덕턴스; k3은 펄스 변성기 tr2와 후단 펄스 변성기 tr2c 사이의 자기 결합 계수; L7은 펄스 변성기 tr3에 제공된 전단 결합 보조 권선 tr3d의 자기 인덕턴스; k4는 펄스 변성기 tr3과 전단 결합 보조 권선 tr3d 사이의 자기 결합 계수; k5는 보조 권선 3a와 보조 권선 3b 사이의 자기 결합 계수이다.
[수학식 11]
[수학식 12]
[수학식 13]
[수학식 14]
[수학식 15]
다음의 수학식 (16) 및 (17)은 각각 키르히호프의 법칙으로부터 유도된 보조권선 3a의 전압 방정식과 보조권선 3b의 전압 방정식을 나타낸다.
[수학식 16]
[수학식 17]
그리고 펄스 변성기 tr1의 1차 권선 tr1a와 후단 결합 보조 권선 tr1c 사이의 권선비, 펄스 변성기 tr2의 1차 권선 tr2a와 전단 결합 보조 권선 tr2d 사이의 권선비, 펄스 변성기 tr2의 1차 권선 tr2a와 후단 펄스 변성기 tr2c 사이의 권선비, 펄스 변성기 tr3의 1차 권선 tr3a와 전단 결합 보조 권선 tr3d 사이의 권선비가 서로 동일하고, 자기 결합이 이상적으로 형성한다고 가정하면(즉, 결합 인자 k1 = k2 = k3 = k4 = k5 = 1), L4 = L1, L5 = L2, L6 = L2, 및 L7 = L3의 방정식이 만족된다. 따라서 M1 = L1, M2 = L2, M3 = L2, M4 = L3, 및 M5 = L2의 방정식이 만족되고, 수학식 (8), (9), (10), (16), (17)은 각각 다음의 수학식 (18), (19), (20), (21), (22)로 변환될 수 있다.
[수학식 18]
[수학식 19]
[수학식 20]
[수학식 21]
[수학식 22]
수학식 (18) 및 (19)를 수학식 (21)에 대입하면 다음의 수학식 (23)을 얻는다.
[수학식 23]
수학식(19),(20)을 수학식(22)에 대입하면 다음의 수학식(24)을 얻는다.
[수학식 24]
이는 제2 실시예에 따른 보조 권선 3a 및 3b가 펄스 변성기 tr1, tr2 및 tr3에서의 여자 인덕턴스 값이 서로 다르더라도 펄스 변성기 tr1, tr2 및 tr3에 작용하는 전압 vtr1, vtr2 및 vtr3가 동일해 질 수 있음을 보여준다.
따라서, 상기 3개의 펄스 변성기 tr1, tr2, tr3를 직렬로 연결하는 경우는 제1 실시예와 동일한 효과를 갖는다.
[제3의 실시예]
도 5는 제3 실시예에 따른 전력 변환기의 게이트 구동 회로의 회로 구성을 나타낸다.
제3 실시예는 n개의 반도체 소자 S1~Sn을 직렬로 연결하고, n개의 펄스 변성기 tr1~trn을 직렬로 연결하는 경우를 예시하고 있는데, 여기서 n은 2 이상의 임의의 자연수이다.
n개의 반도체 소자 S1~Sn과 n개의 펄스 변성기 tr1~trn에 대응하여, 또한 n개의 복조 회로 4a~4n이 구비된다.
1단계 펄스 변성기 tr1은 1차 권선 tr1a와 2차 권선 tr1b를 포함하며, 후단 펄스 변성기 tr2와 자기 결합을 형성하는 후단 결합 보조 권선 tr1c를 추가로 구비한다.
1단과 n단 사이 단계에 있는 펄스 변성기 tr2~trn1 각각은 1차 권선과 2차 권선을 포함하고, 또한 전단 펄스 변성기와 자기 결합을 형성하는 전단 결합 보조 권선과 후단 펄스 변성기와 자기 결합을 형성하는 후단 결합 보조 권선을 추가로 구비한다.
n단 펄스 변성기 trn은 1차 권선 trna와 2차 권선 trnb를 포함하며, 또한 전단 펄스 변성기 trn1과 자기 결합을 형성하는 전단 결합 보조 권선 trnd가 추가로 구비된다.
따라서 k단 펄스 변성기의 후단 결합 보조 권선과 (k+1)단 펄스 변성기의 전단 결합 보조 권선은 서로 연결된다. 여기서 k는 1부터 n-1까지의 자연수 중 하나이다. 즉, 1단 펄스 변성기와 n단 펄스 변성기를 제외한 모든 펄스 변성기는 상단 펄스 변성기와 하단 펄스 변성기의 보조 권선 모두에 연결된다.
제1 실시예는 제1단과 제n단 사이에 펄스 변성기가 존재하지 않는 n=2의 경우에 대응한다.
두 번째 실시예는 n = 3인 경우에 대응하는데, 여기서 펄스 변성기 Tr2는 제1단과 제n단 사이에 존재한다.
제3 실시예에 따르면, 펄스 변성기들의 여자 인덕턴스가 불균일하여 펄스 변성기에 가해지는 전압에 차이가 있는 경우, 보조 권선에 전류가 흐른다. 이를 통해 펄스 변성기에 가해지는 전압의 균형이 맞춰진다. 이들 동작의 세부 사항은 제1 및 제2 실시예와 유사하므로 생략한다.
상술한 내용은 여기에 기술된 구체적인 예에 대해서만 자세히 설명한 것이다. 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 상기 세부 사항이 다양하게 변경 또는 수정될 수 있다는 것은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사실이다. 이러한 변경과 수정은 당연히 본 특허청구범위에 속한다.

Claims (2)

  1. 직렬로 연결된 반도체 소자;
    각각 1차 권선과 2차 권선을 포함하는 펄스 변성기들; 및
    상기 펄스 변성기들 사이에 자기 결합을 형성하는 보조 권선;
    을 포함하되,
    상기 펄스 변성기들의 상기 1차 권선이 직렬로 연결되고, 상기 펄스 변성기들의 상기 2차 권선은 각각 상기 반도체 소자에 직접 또는 간접적으로 연결되며, 상기 펄스 변성기들은 1차 측에서 2차 측으로 전력 또는 전력 및 제어 신호를 전송하는 동안 상기 펄스 변성기들의 1차 측과 2차 측 사이에 절연을 확보하는 것을 특징으로 하는 전력 변환기의 게이트 구동 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 변성기들이 n개 단계들로 이루어지되, 여기서 n은 2 이상의 자연수이고,
    1단의 상기 펄스 변성기에는 상기 1단의 후단의 상기 펄스 변성기와 자기 결합을 형성하는 후단 결합 보조 권선이 구비되고;
    상기 1단과 n단을 제외한 각 단계의 상기 펄스 변성기에는 각 단의 전단의 상기 펄스 변성기와 자기 결합을 형성하는 전단 결합 보조 권선; 및 각 단의 후단의 상기 펄스 변성기와 자기 결합을 형성하는 후단 결합 보조 권선이 구비되고;
    상기 n단의 상기 펄스 변성기에는 상기 n단의 전단의 상기 펄스 변성기와 자기 결합을 형성하는 전단 결합 보조 권선이 구비되며;
    k 단의 상기 펄스 변성기의 상기 후단 결합 보조 권선과 (k+1) 단의 상기 펄스 변성기의 상기 전단 결합 보조 권선은 서로 연결되며;
    여기서 k는 1부터 n-1까지의 자연수 중 하나인 것을 특징으로 하는 전력 변환기의 게이트 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
JP7058764B1 (ja) * 2020-05-12 2022-04-22 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置、半導体スイッチ駆動装置及び制御方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009284562A (ja) 2008-05-19 2009-12-03 Mitsubishi Electric Corp 高周波交流電源装置
KR102077958B1 (ko) 2019-04-16 2020-04-07 중앙대학교 산학협력단 반도체 스위치를 이용한 양극성 펄스 전원 장치
US20200153362A1 (en) 2018-11-12 2020-05-14 Ford Global Technologies, Llc Inverter system with enhanced common source inductance generated at gate driver

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4535400A (en) * 1983-09-06 1985-08-13 General Electric Company Means and method for simultaneously triggering series SCR's
US5625548A (en) * 1994-08-10 1997-04-29 American Superconductor Corporation Control circuit for cryogenically-cooled power electronics employed in power conversion systems
US6239988B1 (en) * 1999-06-09 2001-05-29 Siemens Medical Systems, Inc. Current sourced gate driver for fast thyristors
JP2007258106A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Fdk Corp 放電管点灯用インバータ回路
CN103636126A (zh) * 2011-04-21 2014-03-12 通用电气能源能量变换技术有限公司 栅极驱动电路以及相关方法
CN103731127B (zh) * 2012-10-16 2016-12-21 通用电气公司 用于同步控制串联连接的电子开关的电路
CN203482442U (zh) * 2013-09-25 2014-03-12 厦门市萨珀莱照明技术有限公司 一种多变压器的led驱动装置
CN104065253B (zh) * 2014-06-25 2017-12-19 台达电子企业管理（上海）有限公司 电力变换装置、驱动装置及驱动方法
JP6618081B2 (ja) * 2016-09-09 2019-12-11 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
JP2019097296A (ja) * 2017-11-22 2019-06-20 富士電機株式会社 半導体素子の制御装置および電力変換装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009284562A (ja) 2008-05-19 2009-12-03 Mitsubishi Electric Corp 高周波交流電源装置
US20200153362A1 (en) 2018-11-12 2020-05-14 Ford Global Technologies, Llc Inverter system with enhanced common source inductance generated at gate driver
KR102077958B1 (ko) 2019-04-16 2020-04-07 중앙대학교 산학협력단 반도체 스위치를 이용한 양극성 펄스 전원 장치

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Keisuke Kusaka, Galvanic isolation system for multiple gate drivers with inductive power transfer - Drive of three-phase inverter, 2015 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE) (2015.10.)

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