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KR20240053977A - 전압밸런싱회로 및 이를 포함하는 스위치소자 스태킹회로 - Google Patents

전압밸런싱회로 및 이를 포함하는 스위치소자 스태킹회로 Download PDF

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KR20240053977A
KR20240053977A KR1020220134163A KR20220134163A KR20240053977A KR 20240053977 A KR20240053977 A KR 20240053977A KR 1020220134163 A KR1020220134163 A KR 1020220134163A KR 20220134163 A KR20220134163 A KR 20220134163A KR 20240053977 A KR20240053977 A KR 20240053977A
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KR
South Korea
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balancing
circuit
voltage
units
switch
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Pending
Application number
KR1020220134163A
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English (en)
Inventor
장성록
김형석
유찬훈
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.)
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Publication date
Application filed by 한국전기연구원 filed Critical 한국전기연구원
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Priority to PCT/KR2022/017479 priority patent/WO2024085300A1/ko
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Abstract

본 발명은, 전압밸런싱회로 및 이를 포함하는 스위치소자 스태킹회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직렬 연결된 다수의 스위치소자들 사이의 전압밸런싱을 유지하는 전압밸런싱회로 및 고전압 펄스를 생성하는 스태킹회로로써 전압밸런싱회로를 포함하는 스위치소자 스태킹회로에 관한 것이다.
본 발명은, 직렬 연결된 복수의 스위치소자(S1, …, SN, N은 2 이상의 자연수)들을 포함하는 스위치모듈(100)의 전압밸런싱을 위한 전압밸런싱회로(600)로서, 상기 복수의 스위치소자(S1, …, SN)들 각각에 대응되어 설치되며, 상기 스위치소자(S1, …, SN)에 병렬 연결되는 복수의 제1차밸런싱유닛(B1, …, BN)들과, 상기 복수의 제1차밸런싱유닛(B1_1, …, B1_N)들에 각각 대응되어 상호유도 결합되는 복수의 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)들을 포함하며, 상기 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)은 다른 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전압밸런싱회로(600)를 개시한다.

Description

전압밸런싱회로 및 이를 포함하는 스위치소자 스태킹회로{Voltage valancing circuit and Stacking circuit of switch device having the same}
본 발명은, 전압밸런싱회로 및 이를 포함하는 스위치소자 스태킹회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직렬 연결된 다수의 스위치소자들 사이의 전압밸런싱을 유지하는 전압밸런싱회로 및 고전압 펄스를 생성하는 스태킹회로로써 전압밸런싱회로를 포함하는 스위치소자 스태킹회로에 관한 것이다.
펄스란 짧은 지속시간 동안 높은 강도로 나타나는 신호로서, 저장된 에너지를 순간적으로 방전하여 부하단에 대전력(고전압)의 펄스를 인가할 수 있다.
예로서, 순간적으로 짧은 시간(Δt) 동안 대전력(P1)의 펄스가 인가되는 펄스가 도 1에 도시되어 있다.
이러한 펄스를 발생시킬 수 있는 종래 기술로서, 커패시터와 같은 에너지 저장소자에 많은 에너지를 저장하였다가 스위치를 도통 시킴으로써 부하단에 에너지를 방전하는 형태의 회로가 있다.
종래의 경우, 전압과 전류 정격이 높은 가스스위치(Spark gap, Thyratron)가 주로 이용되어져 왔으나 이러한 스위치는 제한적인 수명과 제어의 어려움, 지터 등 가스스위치의 기술적인 문제가 있다.
그에 따라 IGBT, MOSFET, Thyristor 등과 같은 전력용 반도체 스위치를 펄스파워 발생을 위해 사용하는 연구가 진행되고 있다.
다만, 상용 전력용 반도체 소자의 정격전압 및 정격전류에 한계가 있어, 고전압, 대전류 펄스 생성을 위해 전력용 반도체 소자들의 직병렬 스택킹 기술개발이 필요한 상황이다.
전력 반도체 소자들을 스택킹 하여 전압을 높이기 위해서는 각 전력 반도체 소자들 사이의 전압밸런싱이 유지되어야 한다.
전압밸런싱을 통해 직렬로 연결된 전력 반도체 소자들이 턴오프 상태에서 각각의 양단 전압을 균등하게 분배할 수 있고, 특정 전력 반도체 소자에 정격 전압 이상의 전압이 인가되지 않도록 소자를 보호할 수 있다.
또한, 각 전력 반도체 소자를 구동하기 위해 각 소자 별로 절연된 개별적인 구동원을 확보해야 하며, 전압이 높아질수록 더 높은 절연내력을 가지는 구동원을 확보할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 전력소모를 최소화하고 절연내력을 유지하면서 스태킹된 스위치소자 사이의 전압밸런싱을 유지할 수 있는 전압밸런싱회로 및 이를 포함하는 스위치소자 스태킹회로를 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 직렬 연결된 복수의 스위치소자(S1, …, SN, N은 2 이상의 자연수)들을 포함하는 스위치모듈(100)의 전압밸런싱을 위한 전압밸런싱회로(600)를 개시한다.
상기 전압밸런싱회로(600)는, 상기 복수의 스위치소자(S1, …, SN)들 각각에 대응되어 설치되며, 상기 스위치소자(S1, …, SN)에 병렬 연결되는 복수의 제1차밸런싱유닛(B1, …, BN)들과, 상기 복수의 제1차밸런싱유닛(B1_1, …, B1_N)들에 각각 대응되어 상호유도 결합되는 복수의 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)들을 포함할 수 있다.
상기 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)은 다른 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 1차밸런싱유닛(B1_1, …, B1_N)은, 직렬 연결되는 커패시터(Cb1, …, CbN) 및 제1차코일(K1)을 포함할 수 있다.
상기 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)은, 상기 대응되는 제1차코일(K1)와 상호유도결합되는 두 개의 제2차코일(K21, K22)을 포함할 수 있다.
상기 두 개의 제2차코일(K21, K22) 중 적어도 하나는, 다른 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)의 2차코일(K21, K22)에 연결될 수 있다.
N은 3 이상의 자연수이며, 상기 두 개의 제2차코일(K21, K22)는, 서로 다른 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)의 2차코일(K21, K22)에 연결될 수 있다.
상기 두 개의 제2차코일(K21, K22) 중 적어도 하나는, 이웃하는 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)의 2차코일(K21, K22)에 연결될 수 있다.
상기 복수의 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)들 중 최고전압레벨을 가지는 제2차밸런싱유닛(B2_1)의 두 개의 제2차코일(K21, K22) 중 하나는 다른 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)과 연결되지 않을 수 있다.
상기 복수의 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)들 중 최저전압레벨을 가지는 제2차밸런싱유닛(B2_1)의 두 개의 제2차코일(K21, K22) 중 하나는 다른 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)과 연결되지 않을 수 있다.
다른 측면에서 본 발명은 직렬 연결되는 복수의 스위치소자(S1, …, SN, N은 2 이상의 자연수)들의 전압밸런싱을 위한 전압밸런싱회로(600)를 포함하는 스위치소자스택킹회로(10)를 개시한다.
본 발명에 따른 전압밸런싱회로 및 이를 포함하는 스위치소자 스태킹회로는 전력소모를 최소화하고 절연내력을 유지하면서 스태킹된 스위치소자 사이의 전압밸런싱을 유지할 수 있는 이점이 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치소자 스택킹회로에 의해 발생되는 펄스파워를 보여주는 그래프이다.
도 2는, 펄스파워를 발생시키기 위해 복수의 스위치소자들이 직렬로 스택킹된 구조를 보여주는 모식도이다.
도 3는, 종래 스위치소자 스택킹회로 및 전압밸런싱회로를 보여주는 블록도이다.
도 4는, 본 발명에 따른 스위치소자 스택킹회로에 직렬연결되는 스위치소자의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는, 도 3의 전압밸런싱회로의 실시예들을 보여주는 회로도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전압밸런싱회로 및 스위치소자 스택킹회로를 보여주는 회로도이다.
도 7은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전압밸런싱회로 및 스위치소자 스택킹회로를 보여주는 회로도이다.
이하 본 발명에 따른 전압밸런싱회로 및 이를 포함하는 스위치소자 스태킹회로에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 스위치소자스태킹회로(10)는, 직렬 연결된 복수의 스위치소자(S1, …, SN, N은 2 이상의 자연수)들을 포함하는 스위치모듈(100)과; 상기 스위치모듈(100)에 스위칭을 위한 구동신호를 인가하는 구동모듈(미도시)과; 상기 구동신호를 제어하기 위한 온오프제어모듈(미도시)을 포함할 수 있다.
상기 스위치모듈(100)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 직렬 연결된 복수의 스위치소자(S1, …, SN, N은 2 이상의 자연수)들을 포함할 수 있다.
상기 스위치소자(S1, …, SN)은 전력 반도체 소자로서, SCR(사이리스터, Thyristor), TRIAC(Triode AC Switch), GTO(Gate turn-off thyristor), IGBT(insulated Gate Bidirectional Transistor), MOSPET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 등 다양한 반도체 소자일 수 있으며 특정 소자에 한정되는 것은 아니다.
예로서, 상기 스위치소자(S1, …, SN)는, 도 3에서 반도체 스위치 소자로, IGBT를 도시하였으나 이에 한정되는 것이 아니다.
다른 예로서, 상기 스위치소자(S1, …, SN)는, 도 4에 도시된 바와 같이, MOSPET일 수 있다.
상기 스위치소자(S1, …, SN)가 IGBT인 경우, 게이트(G), 콜렉터(C), 이미터(E)의 3 단자가 형성되고, 게이트(G)에 인가되는 구동신호(Vge)에 의해 온오프 동작될 수 있다.
다른 예로서, 상기 스위치소자(S1, …, SN)가 MOSPET인 경우, 게이트(G), 드레인(D), 소스(S)의 3 단자가 형성되고, 게이트(G)에 인가되는 구동신호(Vgs)에 의해 온오프 동작될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 스위치소자(S1, …, SN)들이 직렬연결되고 동기화되어 구동됨으로써 각 스위치소자(S1, …, SN)에 걸리는 전압(V1, …, VN)들이 합산되고 최종적으로 양단에 고전압 펄스(P1)가 생성되어 부하게 인가될 수 있다.
상기 구동모듈은 상기 스위치모듈(100)에 스위칭을 위한 구동신호를 인가하기 위한 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 구동모듈은 각 스위치소자(S1, …, SN)에 절연전원을 제공하기 위하여, 복수의 스위치소자(S1, …, SN)들 각각에 대응되는 복수의 구동회로들을 포함할 수 있다.
상기 구동회로는, 절연전원을 사용하는 스위치소자 구동회로라면 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 구동회로는, 구동신호(Vge)를 생성하기 위한 에너지가 충전되는 충전커패시터를 포함할 수 있다.
상기 충전커패시터에 구동신호(Vge) 발생을 위한 에너지가 충전되고 양단에 미리 설정된 전압이 형성될 수 있다.
또한, 상기 구동회로는, 스위칭제어신호에 따라 온오프 동작되는 하나 이상의 스위치를 포함할 수 있다.
예로서, 상기 구동회로는, 스위칭제어신호 인가 시 각각 온오프되는 온스위치 및 오프스위치를 포함할 수 있다.
상기 구동회로로 스위칭온신호가 인가될 때, 상기 온스위치는 온 오프스위치는 오프되어 상기 충전 커패시터에 충전된 에너지가 스위치소자(S1, …, SN)에 전달됨으로써 스위치온모드로 동작될 수 있다.
이때, 상기 구동회로는, 상기 스위칭오프신호가 인가되기 전까지 상기 스위치온모드를 유지하기 위한 홀딩커패시터를 포함할 수 있다.
상기 스위칭오프신호가 인가되면, 상기 온스위치는 오프 오프스위치는 온되어 스위치소자(S1, …, SN)가 스위치온오프모드로 동작될 수 있다.
한편, 상기 스위치소자 스택킹회로(10)는 구동회로로 스위칭제어신호를 인가하기 위한 온오프제어모듈(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 온오프제어모듈은, 스위치소자(S1, …, SN)에 인가될 구동신호(Vge)를 생성하기 위한 온오프제어용 펄스를 생성하는 구성으로, 짧은 폭을 가지는 온펄스(Pon)와 오프펄스(Poff) 신호를 발생시키는 펄스제너레이터로서 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 온오프제어모듈은, 상기 구동신호(Vge)의 온오프를 제어하기 위한 구동제어용 펄스를 출력하는 온오프신호발생부를 포함할 수 있다.
상기 온오프신호발생부는, 상기 구동신호(Vge)를 온하기 위한 온펄스를 생성하는 온펄스발생부 및 상기 구동신호(Vge)를 오프하기 위한 오프펄스를 생성하는 오프펄스발생부를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 스위치소자스태킹회로(10)는, 직렬 연결된 복수의 스위치소자(S1, …, SN)들을 포함하는 스위치모듈(100)의 전압밸런싱을 위한 전압밸런싱회로(600)를 포함할 수 있다.
먼저, 도 3를 참조하면, 종래의 전압밸런싱회로(500)는 복수의 스위치소자(S1, …, SN)들에 각각 대응되어 병렬연결됨으로써 각 스위치소자(S1, …, SN)의 전압밸런싱을 유지하고 과전압이 인가되지 않도록 한다.
종래 전압밸런싱회로(500)로 사용되던 대표적인 회로는 도 5a 내지 도 5c와 같이 다양하게 구성되는 스너버회로이다.
그러나, 스너버회로는 커패시터(C)에 에너지를 저장하고 저장된 에너지를 소모시키는 저항(R)으로 구성되는 것이 일반적이기 때문에 고주파의 스위칭 동작 시 결과적으로 스너버회로를 통한 에너지 손실이 크게 증가하는 문제가 있다.
본 발명에 따른 전압밸런싱회로(600)는 스위치소자(S1, …, SN)들 간 절연을 확보하면서도, 전압밸런싱 동작 시 스너버회로에 의한 에너지 손실을 방지할 수 있는 회로 구조를 제시한다.
구체적으로, 상기 전압밸런싱회로(600)는, 상기 복수의 스위치소자(S1, …, SN)들 각각에 대응되어 설치되며, 상기 스위치소자(S1, …, SN)에 병렬 연결되는 복수의 제1차밸런싱유닛(B1, …, BN)들과, 상기 복수의 제1차밸런싱유닛(B1_1, …, B1_N)들에 각각 대응되어 상호유도 결합되는 복수의 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)들을 포함할 수 있다.
상기 제1차밸런싱유닛(B1, …, BN)은, 대응되는 스위치소자(S1, …, SN)에 병렬연결될 수 있다.
예로서, 스위치소자(S1, …, SN)가 IGBT모듈인 경우, 상기 제1차밸런싱유닛(B1, …, BN)은 스위치소자(S1, …, SN)의 콜렉터(C)와 이미터(E)에 연결될 수 있다.
다른 예로서, 스위치소자(S1, …, SN)가 MOSPET인 경우, 상기 제1차밸런싱유닛(B1, …, BN)은 스위치소자(S1, …, SN)의 드레인(D)과 소스(S)에 연결될 수 있다.
상기 1차밸런싱유닛(B1_1, …, B1_N)은, 직렬 연결되는 커패시터(Cb1, …, CbN) 및 제1차코일(K1)을 포함할 수 있다.
도 6 및 도 7은 상기 커패시터(Cb1, …, CbN)가 제1차코일(K1)을 기준으로 좌측에 직렬연결된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 커패시터(Cb1, …, CbN)가 제1차코일(K1)을 기준으로 우측에 직렬연결되는 실시예도 가능하다.
예로서, 스위치소자(S1, …, SN)가 MOSPET인 경우, 상기 커패시터(Cb1, …, CbN)는 제1차코일(K1)을 기준으로 상측(도면 6, 7 기준)에 위치된 드레인(D) 단자 측에 연결되거나, 또는 제1차코일(K1)을 기준으로 하측(도면 6, 7 기준)에 위치된 소스(S) 단자 측에 연결될 수 있다.
상기 복수의 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)들은 상기 복수의 제1차밸런싱유닛(B1_1, …, B1_N)들에 각각 대응될 수 있다.
상기 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)은 대응되는 제1차밸런싱유닛(B1_1, …, B1_N)에 상호유도결합될 수 있다.
즉, 상기 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)은, 상기 대응되는 제1차코일(K1)와 상호유도결합되는 제2차코일(K21, K22)을 포함할 수 있다.
상기 제1차코일(K1)과 제2차코일(K2)는 변압기를 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)은, 하나의 제1차코일(K1)와 상호유도결합되는 두 개의 제2차코일(K21, K22)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)은 다른 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)에 전기적으로 연결될 수 있다.
예로서, 상기 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)의 제2차코일(K21, K22) 중 적어도 하나는 다른 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)의 제2차코일(K21, K22) 중 하나와 전기적으로 연결되며 결과적으로 두 개의 제2차코일(K21, K22)로 이루어진 폐루프회로를 형성할 수 있다.
상기 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)에 구비되는 2개의 제2차코일(K21, K22)는 각각 서로 다른 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)에 전기적으로 연결될 수 있다. (N이 3 이상이 전제됨)
예로서, n번째 스위치소자(Sn)에 연결된 제1차밸런싱유닛(B1_n)에 대응되는 n번째 제2차밸런싱유닛(B2_n)의 제2차코일(K21, K22) 중 하나의 제2차코일(K21)은 (n-1)번째 제2차밸런싱유닛(B2_n-1)의 제2차코일(K22, K21) 중 하나의 제2차코일(K22)에 연결되고, n번째 제2차밸런싱유닛(B2_n)의 제2차코일(K21, K22) 중 나머지 하나의 제2차코일(K22)은 (n+1)번째 제2차밸런싱유닛(B2_n+1)의 제2차코일(K22, K21) 중 하나의 제2차코일(K21)에 연결될 수 있다.
또는 상기 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)에 구비되는 2개의 제2차코일(K21, K22)는 서로 동일한 하나의 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)의 제2차코일(K21, K22)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. (N=2인 경우도 가능)
예로서, n번째 스위치소자(Sn)에 연결된 제1차밸런싱유닛(B1_n)에 대응되는 n번째 제2차밸런싱유닛(B2_n)의 제2차코일(K21, K22) 중 하나의 제2차코일(K21)은 (n-1)번째 제2차밸런싱유닛(B2_n-1)의 제2차코일(K22, K21) 중 하나의 제2차코일(K22)에 연결되고, n번째 제2차밸런싱유닛(B2_n)의 제2차코일(K21, K22) 중 나머지 하나의 제2차코일(K22)은 (n-1)번째 제2차밸런싱유닛(B2_n-1)의 제2차코일(K22, K21) 중 나머지 하나의 제2차코일(K21)에 연결될 수 있다.
한편, 두 개의 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)이 전기적으로 연결될 때, 2차코일(K21, K22)들 사이의 전압차가 큰 경우, 절연수준을 높게 유지해야 하는 어려움이 있을 수 있다.
따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)은, 전압차가 가장 작게 형성되는 이웃하는 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)에 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.
한편, 도 6과 같이, 상기 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)의 2개의 제2차코일(K21, K22)이 각각 전압차가 가장 작은 이웃하는 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)의 제2차코일(K21, K22)에 연결되는 경우, 첫 번째 제2차밸런싱유닛(B2_1)의 제2차코일(K21)과 N 번째 제2차밸런싱유닛(B2_N)의 제2차코일(K22)는 전압차가 작은 이웃하는 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)의 제2차코일(K21, K22)이 연결될 수 없고, 높게 형성되는 전압차에도 불구하고 첫 번째 제2차밸런싱유닛(B2_1)의 제2차코일(K21)과 N 번째 제2차밸런싱유닛(B2_N)의 제2차코일(K22)이 서로 연결되는 구조가 될 수 있다.
이 경우, 첫 번째 제2차밸런싱유닛(B2_1)과 마지막 N 번째 제2차밸런싱유닛(B2_N) 사이 전위차가 크기 때문에 절연수준을 높게 유지해야 할 수 있다.
이를 위해, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)들 중 최고전압레벨을 가지는 제2차밸런싱유닛(B2_1)의 두 개의 제2차코일(K21, K22) 중 하나는 다른 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)과 연결되지 않을 수 있다.
또한, 상기 복수의 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)들 중 최저전압레벨을 가지는 제2차밸런싱유닛(B2_1)의 두 개의 제2차코일(K21, K22) 중 하나는 다른 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)과 연결되지 않을 수 있다.
이를 통해, 최고전압레벨을 가지는 제2차밸런싱유닛(B2_N)(즉 N 번째 제2차밸런싱유닛(B2_N))과, 최저전압레벨을 가지는 제2차밸런싱유닛(B2_1)(즉 첫 번째 제2차밸런싱유닛(B2_1))을 제외한 나머지 제2차밸런싱유닛(B2_n)들의 제2차코일(K21, K22)는, 이웃하는 2개의 제2차밸런싱유닛(B2_n-1, B2_n+1)의 제2차코일(K21, K22)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
제2차밸런싱유닛(B2_n)의 2개의 제2차코일(K21, K22)이 다른 제2차밸런싱유닛(B2_n)에 전기적으로 연결됨으로써, 스위치소자(S1, …, SN) 사이의 전압밸런싱이 유지되고 특정 스위치소자(S1, …, SN)에 과도한 전압이 인가되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 전압밸런싱회로(600)는, 커패시터(Cb1, …, CbN)에 저장되는 에너지를 소비하는 저항을 포함하지 않으므로 전압밸런싱과정에서 불필요한 전력이 소모되는 것을 방지할 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
10: 스위치소자 스택킹회로 100: 스위치모듈
600: 전압밸런싱회로

Claims (7)

  1. 직렬 연결된 복수의 스위치소자(S1, …, SN, N은 2 이상의 자연수)들을 포함하는 스위치모듈(100)의 전압밸런싱을 위한 전압밸런싱회로(600)로서,
    상기 복수의 스위치소자(S1, …, SN)들 각각에 대응되어 설치되며, 상기 스위치소자(S1, …, SN)에 병렬 연결되는 복수의 제1차밸런싱유닛(B1, …, BN)들과,
    상기 복수의 제1차밸런싱유닛(B1_1, …, B1_N)들에 각각 대응되어 상호유도 결합되는 복수의 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)들을 포함하며,
    상기 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)은 다른 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전압밸런싱회로(600).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차밸런싱유닛(B1_1, …, B1_N)은, 직렬 연결되는 커패시터(Cb1, …, CbN) 및 제1차코일(K1)을 포함하며,
    상기 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)은, 상기 대응되는 제1차코일(K1)와 상호유도결합되는 두 개의 제2차코일(K21, K22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전압밸런싱회로(600).
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 두 개의 제2차코일(K21, K22) 중 적어도 하나는, 다른 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)의 2차코일(K21, K22)에 연결되는 것을 특징으로 하는 전압밸런싱회로(600).
  4. 청구항 3에 있어서,
    N은 3 이상의 자연수이며,
    상기 두 개의 제2차코일(K21, K22)는, 서로 다른 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)의 2차코일(K21, K22)에 연결되는 것을 특징으로 하는 전압밸런싱회로(600).
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 두 개의 제2차코일(K21, K22) 중 적어도 하나는, 이웃하는 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)의 2차코일(K21, K22)에 연결되는 것을 특징으로 하는 전압밸런싱회로(600).
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 복수의 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)들 중 최고전압레벨을 가지는 제2차밸런싱유닛(B2_1)의 두 개의 제2차코일(K21, K22) 중 하나는 다른 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)과 연결되지 않고,
    상기 복수의 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)들 중 최저전압레벨을 가지는 제2차밸런싱유닛(B2_1)의 두 개의 제2차코일(K21, K22) 중 하나는 다른 제2차밸런싱유닛(B2_1, …, B2_N)과 연결되지 않는 것을 특징으로 하는 전압밸런싱회로(600).
  7. 직렬 연결되는 복수의 스위치소자(S1, …, SN, N은 2 이상의 자연수)들의 전압밸런싱을 위한 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 따른 전압밸런싱회로(600)를 포함하는 스위치소자스택킹회로(10).
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JP4760256B2 (ja) * 2005-09-21 2011-08-31 富士電機株式会社 複数個直列接続される電圧駆動型半導体素子の電圧分担のばらつき低減方法
CN100546185C (zh) * 2007-09-14 2009-09-30 东南大学 高压脉冲电路
JP5786408B2 (ja) * 2011-03-31 2015-09-30 株式会社明電舎 半導体スイッチ回路の電圧バランス回路
JP6295173B2 (ja) * 2014-05-19 2018-03-14 ローム株式会社 電源装置
GB2528980A (en) * 2014-08-08 2016-02-10 Reinhausen Maschf Scheubeck Voltage balancing in series connected power switches

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