KR101280424B1 - 비대칭 ｐｗｍ 방식을 위한 3상 비대칭 인버터회로 - Google Patents

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Abstract

전력손실을 최소화하여 전력효율을 증가시킬 수 있는 3상 비대칭 인버터회로는, 3상 부하(3-phase load)를 구동하기 위하여, 비대칭(asymmetric) PWM 제어신호를 출력하는 고전압 집적회로와 고전압 집적회로의 제어신호에 따라 3상 출력신호를 발생시키기 위한 스위칭소자로 이루어진 하이-사이드(high-side)와, 3상 부하를 구동하기 위하여, 비대칭 PWM 제어신호를 출력하는 저전압 집적회로와 저전압 집적회로의 제어신호에 따라 3상 출력신호를 발생시키기 위한 스위칭소자로 이루어진 로우-사이드(low-side)를 포함하는 3상 인버터 회로에 있어서, 하이-사이드의 스위칭소자와 로우-사이드의 스위칭소자는 전력손실 특성이 다른 소자로 구성된다.
3상 인버터, 비대칭 PWM, 전도손실, 스위칭손실, 포화전압

Description

비대칭 ＰＷＭ 방식을 위한 3상 비대칭 인버터회로{3-phase asymmetric inverter circuit for asymmetric PWM method}
도 1은 일반적인 3상 인버터장치를 나타내는 회로도이다.
도 2a는 3상 인버터의 스위칭소자가 스위칭 온할 때의 전류 및 전압 파형도이다.
도 2b는 3상 인버터의 스위칭소자가 스위칭 오프할 때의 전류 및 전압 파형도이다.
도 3은 여러 가지 3상 PWM 방식에서의 전압의 파형도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 PWM 방식을 위한 3상 비대칭 인버터회로를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비대칭 PWM 방식을 위한 3상 비대칭 인버터회로를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비대칭 PWM 방식을 위한 3상 비대칭 인버터회로를 나타낸 도면이다.
본 발명은 고집적 파워 소자에 관한 것으로, 특히 비대칭 펄스폭변조(asymmetric PWM) 방식을 위한 3상 비대칭 인버터(3-phase asymmetric inverter) 회로에 관한 것이다.
3상 인버터장치는 직류전압을 3상(3-phase)의 교류전압으로 변환하도록 온/오프제어되는 복수의 스위칭소자를 갖는 장치이다. 이러한 인버터장치의 스위칭소자들의 온/오프동작을 제어하기 위하여 펄스폭변조(Pulse Width Modulation) 제어신호가 사용된다.
도 1은 일반적인 3상 인버터장치를 나타내는 회로도이다.
도 1을 참조하면, 교류전원을 공급하는 전원부(10)가 있고, 상기 전원부(10)의 출력에는 교류전원을 인가받아 직류전원으로 변환시키고 이를 평활시키는 정류부(20)가 접속된다. 정류부(20)는 통상적으로 다수의 다이오드(D1~D6)가 쌍을 이루며 전원선상에 접속되어 구성된다. 정류부(20)의 출력에는 정류부에서 공급받은 직류전원을 교류전원으로 변환하여 3상 모터 등 부하(load)(40)에 공급하는 인버터부(30)가 접속된다. 인버터부(30)는 다수의 스위칭소자가 쌍을 이루며 동일선상에 결합된다. 인버터부(30)의 출력단에는 3상 모터 등 부하(40)가 접속된다. 인버터부(30)에는 인버터부에서 출력되는 교류전압을 제어하기 위한 게이트구동신호를 출력하는 제어장치(50)가 접속된다. 제어장치(50)는 3상 인버터로부터 출력되는 교류전압이 약 120도의 위상차를 지니도록 인버터부(30)를 구성하는 스위칭소자를 스위칭시키는 게이트구동신호를 출력한다.
상기한 인버터장치는 PWM 방식으로 제어되는데, 인버터에서 출력되는 교류전 압의 각각의 위상과 일치하는 정현파 변조신호를 생성하여 인버터의 출력을 제어하게 된다. 이와 같이 구성된 인버터에서 상측 세 개의 스위칭소자를 포함하는 하이-사이드(high-side)와 하측 세 개의 스위칭소자를 포함하는 로우-사이드(low-side)로 이루어진다.
일반적으로 스위칭방식의 파워소자에는 전력의 손실(loss)이 존재하는데, 스위칭소자가 턴-온(turn on)되어 있는 동안 발생하는 전도손실(conduction loss)과 스위칭소자가 턴-온 또는 턴-오프(turn off)되는 순간에 발생하는 스위칭손실(switching loss), 그리고 스위칭소자가 턴-오프되어 있는 동안 전류누설에 의한 누설손실(leakage loss) 등이 있다. 누설손실은 파워소자에 있어서 거의 무시할 정도인 반면에 전도손실과 스위칭손실은 소자의 동작에 영향을 미칠 정도로 중요한 요소이다.
도 2a는 스위칭소자의 스위칭 온 시의 전류 및 전압 파형도이고, 도 2b는 스위칭소자의 스위칭 오프 시의 전류 및 전압 파형도이다.
스위칭소자의 스위칭동작에서는 전압과 전류가 스위칭소자에 따라 일정한 지연(delay)과 기울기를 가지고 변화하기 때문에, 스위칭소자를 턴-온 또는 턴-오프시키게 되면 스위칭소자에 전압과 전류가 동시에 가해지는 구간이 발생하게 되며, 이에 따라 이 구간동안에는 전압과 전류의 곱에 해당하는 스위칭 손실이 발생하게 된다. 특히, 모스펫(MOSFET) 또는 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)와 같은 소자는 도 2b에 도시된 바와 같이, 턴-오프시에 꼬리(tail) 전류가, 스위칭소자의 양단에 전압이 충분히 가해진 후에도 일정 구간(L)동안 흐르기 때문에, 상기한 바 와 같이 턴-오프시의 스위칭손실이 매우 크게 나타난다.
한편, 3상 PWM 제어방식에는 여러 가지가 있는데, 크게 대칭형(symmetric) PWM 방식과 비대칭(asymmetric) PWM 방식으로 나뉘어진다.
도 3은 여러 가지 3상 PWM 방식에서의 전압의 파형도를 나타낸 것으로, 도면에서 실선은 폴(pole) 전압을 나타내고, 점선은 오프셋(offset) 전압을 나타낸다. 도 3의 (a) 내지 (f)는 대칭형 PWM 방식이고, (g)와 (h)는 비대칭 PWM 방식이다.
대칭형 PWM 방식에서는 하이-사이드의 스위칭소자의 전력손실과 로우-사이드의 스위칭소자의 전력손실이 동일하지만, 비대칭 PWM 방식에서는 하이-사이드의 스위칭소자의 전력손실과 로우-사이드의 스위칭소자의 전력손실이 다르게 나타난다. 즉, 비대칭 PWM 방식을 사용할 경우, 하이-사이드와 로우-사이드에서의 전도손실과 스위칭손실이 다르게 나타난다. 이 경우, 손실이 나타나는 분포에 따라 인버터의 하이-사이드와 로우-사이드의 스위칭소자를 다르게 설계할 경우 전력손실을 최소화하여 효율적으로 사용할 수가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 하이-사이드와 로우-사이드의 스위칭소자를 다르게 구성함으로써 전력손실을 최소화하여 전력효율을 증가시킬 수 있는 3상 인버터회로를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명에 따른 3상 비대칭 인버터회로는, 3상 부하(3-phase load)를 구동하기 위하여, 비대칭(asymmetric) PWM 제어신호 를 출력하는 고전압 집적회로와 상기 고전압 집적회로의 제어신호에 따라 3상 출력신호를 발생시키기 위한 스위칭소자로 이루어진 하이-사이드(high-side)와, 상기 3상 부하를 구동하기 위하여, 비대칭 PWM 제어신호를 출력하는 저전압 집적회로와 상기 저전압 집적회로의 제어신호에 따라 3상 출력신호를 발생시키기 위한 스위칭소자로 이루어진 로우-사이드(low-side)를 포함하는 3상 인버터 회로에 있어서, 상기 하이-사이드의 스위칭소자와 상기 로우-사이드의 스위칭소자는 전력손실 특성이 다른 소자로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 고전압 집적회로 및 저전압 집적회로는 비대칭 PWM 방식 중 (h) 타입의 제어신호를 출력하며, 상기 하이-사이드의 스위칭소자는 상기 로우-사이드의 스위칭소자에 비해 스위칭속도가 빠른 소자로 구성된다. 상기 로우-사이드 스위칭 소자는 상기 하이-사이드 스위칭소자에 비해 포화전압(Vce)이 낮은 소자로 구성된다.
상기 하이-사이드의 스위칭소자는 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 구성되고, 상기 로우-사이드의 스위칭소자는 상기 하이-사이드의 스위칭소자에 비해 스위칭속도가 느리면서 포화전압이 낮은 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 구성될 수 있다.
또는, 상기 하이-사이드의 스위칭소자는 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 구성되고, 상기 로우-사이드의 스위칭소자는 상기 하이-사이드의 스위칭소자에 비해 스위칭속도가 느리면서 포화전압이 낮은 전력형 모스트랜지스터(MOOSFET)로 구성될 수 있다.
또는, 상기 하이-사이드의 스위칭소자는 전력형 모스트랜지스터(MOSFET)로 구성되고, 상기 로우-사이드의 스위칭소자는 상기 하이-사이드의 스위칭소자에 비해 스위칭속도가 느리면서 포화전압이 낮은 전력형 모스트랜지스터(MOSFET)로 구성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 고전압 집적회로 및 저전압 집적회로는 비대칭 PWM 방식 중 (g) 타입의 제어신호를 출력하며, 상기 로우-사이드의 스위칭소자는 상기 하이-사이드의 스위칭소자에 비해 스위칭속도가 빠른 소자로 구성된다. 상기 하이-사이드 스위칭 소자는 상기 로우-사이드 스위칭소자에 비해 포화전압(Vce)이 낮은 소자로 구성된다.
상기 로우 -사이드의 스위칭소자는 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 구성되고, 상기 하이-사이드의 스위칭소자는 상기 로우-사이드의 스위칭소자에 비해 스위칭속도가 느리면서 포화전압이 낮은 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 구성될 수 있다.
또는, 상기 로우-사이드의 스위칭소자는 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 구성되고, 상기 하이-사이드의 스위칭소자는 상기 로우-사이드의 스위칭소자에 비해 스위칭속도가 느리면서 포화전압이 낮은 전력형 모스트랜지스터(MOOSFET)로 구성될 수 있다.
또는, 상기 로우-사이드의 스위칭소자는 전력형 모스트랜지스터(MOSFET)로 구성되고, 상기 하이-사이드의 스위칭소자는 상기 로우-사이드의 스위칭소자에 비해 스위칭속도가 느리면서 포화전압이 낮은 전력형 모스트랜지스터(MOSFET)로 구성 될 수 있다.
그리고, 상기 하이-사이드는 상기 3상 부하에 U상 출력신호를 발생시키기 위한 제1 스위칭소자와, 상기 3상 부하에 V상 출력신호를 발생시키기 위한 제2 스위칭소자와, 상기 3상 부하에 W상 출력신호를 발생시키기 위한 제3 스위칭소자와, 상기 제1 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하는 제1 고전압 집적회로와, 상기 제2 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하는 제2 고전압 집적회로, 및 상기 제3 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하는 제3 고전압 집적회로를 포함하고, 상기 로우-사이드는 상기 3상 부하에 U상 출력신호를 발생시키기 위한 제4 스위칭소자와, 상기 3상 부하에 V상 출력신호를 발생시키기 위한 제5 스위칭소자와, 상기 3상 부하에 W상 출력신호를 발생시키기 위한 제6 스위칭소자, 및 상기 제4, 제5 및 제6 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하는 저전압 집적회로를 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제6 스위칭소자는 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)이고, 상기 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)의 에미터와 컬렉터에 그 양단이 접속된 프리휠링 다이오드(Free Wheeling Diode)를 더 구비할 수도 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
비대칭 PWM 방식 중 도 3의 (h)방식의 경우, 스위칭소자의 전도손실은 하이-사이드보다 로우-사이드가 크고, 스위칭손실은 하이-사이드가 로우-사이드보다 크 게 나타난다. 따라서, 스위칭손실이 크게 나타나는 하이-사이드에는 스위칭속도가 빠르고 포화전압(Vce)이 높은 스위칭소자를 배치하고, 전도손실이 크게 나타나는 로우-사이드에는 낮은 포화전압(Vce)과 느린 스위칭속도를 갖는 스위칭소자를 배치하면 전력손실을 최소화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 PWM 방식의 3상 인버터 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터모듈(100)은, 세 개의 고전압 집적회로(HVIC)와 각 고전압 집적회로와 연결된 세 개의 스위칭소자로 이루어진 하이-사이드와, 하나의 저전압 집적회로(LVIC)와 이에 연결된 세 개의 스위칭소자로 이루어진 로우-사이드로 구성된다. 상기 하이-사이드 및 로우-사이드의 스위칭소자들은 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 구성된다.
상기 하이-사이드는, 예를 들어 3상 모터(motor)와 같은 3상 부하(load)의 U상을 구동하기 위한 U상 고전압 집적회로(110U) 및 제1 스위칭소자(123), 3상 부하의 V상을 구동하기 위한 V상 고전압 집적회로(110V) 및 제2 스위칭소자(122), 3상 부하의 W상을 구동하기 위한 W상 고전압 집적회로(11W) 및 제3 스위칭소자(121)를 포함한다.
상기 U상 고전압 집적회로(110U)는, 외부로부터 고압측 플로팅전압(VB(U))을 입력받기 위한 플로팅전압단자(VB), 외부로부터 공급전압(Vcc(U))을 입력받기 위한 공급전압단자(VCC), 외부로부터 공통접지신호(COM)를 입력받는 공통접지단자(COM), 외부로부터 U상 구동용 입력신호(IN( UH ))를 입력받는 입력단자(IN), U상 출력단자(U)에 연결된 플로팅리턴전압단자(VS) 및 입력단자(IN)를 통해 입력되는 U상 구동용 입력신호(IN( UH ))에 의해 고압측 출력신호를 출력시키기 위한 출력단자(OUT)를 갖는다. U상 고전압 집적회로(110U)의 출력단자(OUT)로부터 출력된 신호는 제1 스위칭소자(123)의 게이트로 입력되어 제1 스위칭소자(123)를 턴-온 또는 턴-오프시킨다.
V상 고전압 집적회로(110V)는, 외부로부터 고압측 플로팅전압(VB(V))을 입력받기 위한 플로팅전압단자(VB), 외부로부터 공급전압(Vcc (V))을 입력받기 위한 공급전압단자(VCC), 외부로부터 공통접지신호(COM)를 입력받는 공통접지단자(COM), 외부로부터 V상 구동용 입력신호(IN( VH ))를 입력받는 입력단자(IN), V상 출력단자(V)에 연결된 플로팅리턴전압단자(VS) 및 입력단자(IN)를 통해 입력되는 V상 구동용 입력신호(IN( VH ))에 의해 고압측 출력신호를 출력시키기 위한 출력단자(OUT)를 갖는다. V상 고전압 집적회로(110V)의 출력단자(OUT)로부터 출력된 신호는 제2 스위칭소자(122)의 게이트로 입력되어 제2 스위칭소자(122)를 턴-온 또는 턴-오프시킨다.
W상 고전압 집적회로(110W)는, 외부로부터 고압측 플로팅전압(VB(W))을 입력받기 위한 플로팅전압단자(VB), 외부로부터 공급전압(Vcc (W))을 입력받기 위한 공급전압단자(VCC), 외부로부터 공통접지신호(COM)를 입력받는 공통접지단자(COM), 외부로부터 W상 구동용 입력신호(IN( WH ))를 입력받는 입력단자(IN), W상 출력단자(W)에 연결된 플로팅리턴전압단자(VS) 및 입력단자(IN)를 통해 입력되는 W상 구동용 입력신호(IN( WH ))에 의해 고압측 출력신호를 출력시키기 위한 출력단자(OUT)를 갖는다. W상 고전압 집적회로(110W)의 출력단자(OUT)로부터 출력된 신호는 제3 스위칭소자(121)의 게이트로 입력되어 제3 스위칭소자(121)를 턴-온 또는 턴-오프시킨다.
한편, 로우-사이드는 저전압 집적회로(110L)와 제4 스위칭소자(124), 제5 스위칭소자(125) 및 제6 스위칭소자(126)로 구성되어 있다.
상기 로우-사이드의 저전압 집적회로(110L)는 단락전류를 검출하기 위한 단락전류단자(CSC), 폴트-아웃시간을 결정하기 위한 폴트-아웃 듀레이션단자(CFOD), 외부로 폴트-아웃신호(VFO)를 출력하기 위한 폴트-아웃단자(VFO), 저압측의 U상, V상 및 W상 입력신호를 입력받기 위한 입력단자(IN(UL), IN(VL), IN(WL)), 외부로부터 공통접지신호(COM)를 입력받기 위한 공통접지단자(COM), 공급전압(Vcc (L))을 입력받기 위한 공급전압단자(VCC), 그리고 로우-사이드의 스위칭소자를 구동하기 위한 U상, V상 및 W상 출력신호를 출력시키는 데 사용되는 출력단자(OUT(UL), OUT(VL), OUT(WL))를 갖는다. 저전압 집적회로(110L)의 출력단자(OUT(UL), OUT(VL), OUT(WL))로부터 출력되는 출력신호는 제4, 제5 및 제6 스위칭소자(124, 125, 126)의 게이트로 각각 입력되어 상기 스위칭소자들을 턴-온 또는 턴-오프시킨다.
상기 폴트-아웃(VFO) 단자는, 내부에서 폴트(fault)가 검출되었을 때, 예컨대 과전류가 검출되거나 공급전압(Vcc)이 낮게 입력되는 경우, 소자가 파괴되는 것 을 방지하기 위하여 폴트-아웃신호(VFO)를 출력하고, 인버터 모듈(100)을 셧다운(shutdown)시킨다.
로우-사이드의 제4 스위칭소자(124)의 컬렉터는 하이-사이드의 제1 스위칭소자(121)의 에미터와 연결되고, 로우-사이드의 제5 스위칭소자(125)의 컬렉터는 하이-사이드의 제2 스위칭소자(122)의 에미터와 연결되고, 로우-사이드의 제6 스위칭소자(126)의 컬렉터는 하이-사이드의 제3 스위칭소자(123)의 에미터와 연결된다. 각 상의 하이-사이드 및 로우-사이드의 스위칭소자는 서로 다른 집적회로에 의해 제어된다.
한편, 하이-사이드의 제1 스위칭소자(121)의 컬렉터에는 모터구동을 위한 전원단자(P)가 연결되고, 게이트에는 W상 고전압 집적회로(110W)의 출력단자(OUT)가 연결되며, 에미터에는 W상 출력단자(W)가 연결된다. 상기 제1 스위칭소자(121)의 컬렉터와 에미터 사이에는 프리휠링 다이오드(Free Wheeling Diode)(131)가 역병렬(anti-parallel)로 연결된다.
하이-사이드의 제2 스위칭소자(121)의 컬렉터에는 모터구동을 위한 전원단자(P)가 연결되고, 게이트에는 V상 고전압 집적회로(110V)의 출력단자(OUT)가 연결되며, 에미터에는 V상 출력단자(V)가 연결된다. 상기 제2 스위칭소자(122)의 컬렉터와 에미터 사이에도 프리휠링 다이오드(132)가 역병렬로 연결된다.
마찬가지로, 하이-사이드의 제3 스위칭소자(123)의 컬렉터에는 모터구동을 위한 전원단자(P)가 연결되고, 게이트에는 U상 고전압 집적회로(110U)의 출력단 자(OUT)가 연결되며, 에미터에는 U상 출력단자(U)가 연결된다. 상기 제3 스위칭소자(123)의 컬렉터와 에미터 사이에도 프리휠링 다이오드(133)가 역병렬로 연결된다.
그리고, 로우-사이드의 제4, 제5 및 제6 스위칭소자의 컬렉터와 에미터 사이에도 각각 프리휠링 다이오드(134, 135, 136)가 역병렬로 연결된다. 상기 프리휠링 다이오드들(131, 132, 133, 134, 135, 136)은 스위칭소자들이 턴-오프된 동안 모터에 흐르는 전류를 우회환류시켜 모터를 흐르는 전류 자체는 스위칭에 의해 변화되지 않도록 하는 역할을 한다.
로우-사이드의 제4 스위칭소자(124)의 컬렉터에는 W상 출력단자(W)가 연결되고, 게이트에는 저전압 집적회로(110L)의 W상 출력단자(OUT(WL))가 연결되며, 에미터에는 W상 출력신호의 전류를 검출하는 데 이용되는 W상 전류검출단자(NW)가 연결된다.
그리고, 로우-사이드의 제5 스위칭소자(125)의 컬렉터에는 V상 출력단자(V)가 연결되고, 게이트에는 저전압 집적회로(110L)의 V상 출력단자(OUT(VL))가 연결되며, 에미터에는 V상 출력신호의 전류를 검출하는 데 이용되는 V상 전류검출단자(NV)가 연결된다.
마찬가지로, 로우-사이드의 제6 스위칭소자(126)의 컬렉터에는 U상 출력단자(U)가 연결되고, 게이트에는 저전압 집적회로(110L)의 U상 출력단자(OUT(UL))가 연결되며, 에미터에는 U상 출력신호의 전류를 검출하는 데 이용되는 U상 전류검출 단자(NU)가 연결된다.
상기한 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터회로에 있어서, 상기 하이-사이드 및 로우-사이드의 스위칭소자들은 절연게이트형 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 구성된다. 이때, 언급한 바와 같이, 비대칭 PWM 방식 중 (h)타입에서는 전도손실은 로우-사이드가 크고, 스위칭손실은 하이-사이드가 크게 나타난다. 따라서, 전력손실을 최소화하기 위하여, 스위칭손실이 크게 나타나는 하이-사이드에는 스위칭속도가 빠르고 포화전압(Vce)이 높은 스위칭소자를 배치하고, 전도손실이 크게 나타나는 로우-사이드에는 낮은 포화전압(Vce)과 느린 스위칭속도를 갖는 스위칭소자를 배치한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 하이-사이드의 스위칭소자들(121, 122, 123)은 정격전류가 50A인 IGBT를 사용하고, 로우-사이드의 스위칭소자들(124, 125, 126)은 정격전류가 100A인 IGBT를 사용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비대칭 PWM 방식의 3상 인버터 모듈(200)을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 하이-사이드의 스위칭소자와 로우-사이드의 스위칭소자들이 IGBT 대신에 전력형 모스트랜지스터(power MOSFET)으로 구성되어 있다. 이 경우에도 마찬가지로, 하이-사이드의 스위칭소자들(221, 222, 223)은 정격전류가 50A인 전력형 MOSFET으로 구성하고, 로우-사이드의 스위칭소자들(224, 225, 226)은 정격전류가 100A인 전력형 MOSFET으로 구성할 수 있다.
스위칭소자로 전력형 MOSFET을 사용할 경우, IGBT와는 달리 MOSFET에는 바디 다이오드(body diode)가 내장되므로 IGBT의 경우와 같이 프리휠링 다이오드를 별도로 배치할 필요는 없다. 도면에서 참조번호 "231" 내지 "236"은 MOSFET 칩(chip)내에 내장되는 바디 다이오드를 나타낸다. 그 외의 다른 구성들은 도 4에 도시된 첫 번째 실시예의 경우와 동일하므로 설명을 생략하기로 한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비대칭 PWM 방식의 3상 인버터 모듈(300)을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 앞의 두 실시예의 경우와는 달리, 하이-사이드의 스위칭소자와 로우-사이드의 스위칭소자가 다르게 구성되어 있다. 즉, 하이-사이드의 스위칭소자들(321, 322, 323)은 정격전류가 50A인 IGBT로 구성된 반면에, 로우-사이드의 스위칭소자들(324, 325, 326)은 정격전류가 100A인 파워 모스펫(MOSFET)으로 구성되어 있다. 나머지 구성은 첫 번째 실시예의 경우와 동일하므로 설명을 생략하기로 한다.
한편, 비대칭 PWM 제어방식 중 도 3에 도시된 (g) 타입의 경우에는 지금까지 설명한 (h) 타입과 반대의 특성을 갖는다. 따라서, 도 4 내지 도 6에 도시된 본 발명의 실시예에서 하이-사이드와 로우-사이드의 스위칭소자를 서로 반대로 구성할 수 있다. 즉, 하이-사이드의 스위칭소자들은 포화전압이 낮은 소자들로 구성하고, 로우-사이드의 스위칭소자들은 스위칭속도가 빠른 소자들로 구성하면 (g) 타입의 PWM 방식에서 전력손실을 최소화할 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 비대칭 PWM 제어방식의 3상 비 대칭 인버터 모듈에 따르면, 스위칭소자의 특성에 스위칭 및 포화전압 특성에 따라 하이-사이드와 로우-사이드의 스위칭소자를 다른 특성의 소자로 구성한다. 즉, 스위칭손실이 크게 나타나는 하이-사이드에는 높은 포화전압(Vce)과 빠른 스위칭속도를 갖는 스위칭소자를 배치하고, 전도손실이 크게 나타나는 로우-사이드에는 낮은 포화전압과 느린 스위칭속도를 갖는 스위칭소자를 배치함으로써, 전력손실을 최소화할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.

Claims (11)

  1. 3상 부하(3-phase load)를 구동하기 위하여, 비대칭(asymmetric) PWM 제어신호를 출력하는 고전압 집적회로와 상기 고전압 집적회로의 제어신호에 따라 3상 출력신호를 발생시키기 위한 스위칭소자로 이루어진 하이-사이드(high-side)와,
    상기 3상 부하를 구동하기 위하여, 비대칭 PWM 제어신호를 출력하는 저전압 집적회로와 상기 저전압 집적회로의 제어신호에 따라 3상 출력신호를 발생시키기 위한 스위칭소자로 이루어진 로우-사이드(low-side)를 포함하는 3상 인버터 회로에 있어서,
    상기 하이-사이드의 스위칭소자와 상기 로우-사이드의 스위칭소자는 전력손실 특성이 다른 소자로 구성되고,
    상기 고전압 집적회로 및 저전압 집적회로는 비대칭 PWM 방식 중 (h) 타입의 제어신호를 출력하며, 상기 하이-사이드의 스위칭소자는 상기 로우-사이드의 스위칭소자에 비해 스위칭속도가 빠른 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 비대칭 PWM 제어방식의 3상 인버터회로.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하이-사이드의 스위칭소자는 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 구성되고,
    상기 로우-사이드의 스위칭소자는 상기 하이-사이드의 스위칭소자에 비해 스위칭속도가 느리고 포화전압이 낮은 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 구성되는 것을 특징으로 하는 비대칭 PWM 제어방식의 3상 인버터회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하이-사이드의 스위칭소자는 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 구성되고,
    상기 로우-사이드의 스위칭소자는 상기 하이-사이드의 스위칭소자에 비해 스위칭속도가 느리고 포화전압이 낮은 전력형 모스트랜지스터(MOOSFET)로 구성되는 것을 특징으로 하는 비대칭 PWM 제어방식의 3상 인버터회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하이-사이드의 스위칭소자는 전력형 모스트랜지스터(MOSFET)로 구성되고,
    상기 로우-사이드의 스위칭소자는 상기 하이-사이드의 스위칭소자에 비해 스위칭속도가 느리고 포화전압이 낮은 전력형 모스트랜지스터(MOSFET)로 구성되는 것을 특징으로 하는 비대칭 PWM 제어방식의 3상 인버터회로.
  6. 3상 부하(3-phase load)를 구동하기 위하여, 비대칭(asymmetric) PWM 제어신호를 출력하는 고전압 집적회로와 상기 고전압 집적회로의 제어신호에 따라 3상 출력신호를 발생시키기 위한 스위칭소자로 이루어진 하이-사이드(high-side)와,
    상기 3상 부하를 구동하기 위하여, 비대칭 PWM 제어신호를 출력하는 저전압 집적회로와 상기 저전압 집적회로의 제어신호에 따라 3상 출력신호를 발생시키기 위한 스위칭소자로 이루어진 로우-사이드(low-side)를 포함하는 3상 인버터 회로에 있어서,
    상기 하이-사이드의 스위칭소자와 상기 로우-사이드의 스위칭소자는 전력손실 특성이 다른 소자로 구성되고,
    상기 고전압 집적회로 및 저전압 집적회로는 비대칭 PWM 방식 중 (g) 타입의 제어신호를 출력하며, 상기 하이-사이드의 스위칭소자는 상기 로우-사이드의 스위칭소자에 비해 포화전압이 작은 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 비대칭 PWM 제어방식의 3상 인버터회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 로우-사이드의 스위칭소자는 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 구성되고,
    상기 하이-사이드의 스위칭소자는 상기 로우-사이드의 스위칭소자에 비해 스위칭속도가 느리고 포화전압이 낮은 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 구성되는 것을 특징으로 하는 비대칭 PWM 제어방식의 3상 인버터회로.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 로우-사이드의 스위칭소자는 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 구성되고,
    상기 하이-사이드의 스위칭소자는 상기 로우-사이드의 스위칭소자에 비해 스위칭속도가 느리고 포화전압이 낮은 전력형 모스트랜지스터(MOOSFET)로 구성되는 것을 특징으로 하는 비대칭 PWM 제어방식의 3상 인버터회로.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 로우-사이드의 스위칭소자는 전력형 모스트랜지스터(MOSFET)로 구성되고,
    상기 하이-사이드의 스위칭소자는 상기 로우-사이드의 스위칭소자에 비해 스위칭속도가 느리고 포화전압이 낮은 전력형 모스트랜지스터(MOSFET)로 구성되는 것을 특징으로 하는 비대칭 PWM 제어방식의 3상 인버터회로.
  10. 제1항에 있어서, 상기 하이-사이드는,
    상기 3상 부하에 U상 출력신호를 발생시키기 위한 제1 스위칭소자;
    상기 3상 부하에 V상 출력신호를 발생시키기 위한 제2 스위칭소자;
    상기 3상 부하에 W상 출력신호를 발생시키기 위한 제3 스위칭소자;
    상기 제1 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하는 제1 고전압 집적회로;
    상기 제2 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하는 제2 고전압 집적회로; 및
    상기 제3 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하는 제3 고전압 집적회로를 포함하고,
    상기 로우-사이드는,
    상기 3상 부하에 U상 출력신호를 발생시키기 위한 제4 스위칭소자;
    상기 3상 부하에 V상 출력신호를 발생시키기 위한 제5 스위칭소자;
    상기 3상 부하에 W상 출력신호를 발생시키기 위한 제6 스위칭소자; 및
    상기 제4, 제5 및 제6 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하는 저전압 집적회로를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 비대칭 PWM 방식의 3상 인버터회로.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 내지 제6 스위칭소자는 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)이고, 상기 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)의 에미터와 컬렉터에 그 양단이 접속된 프리휠링 다이오드(Free Wheeling Diode)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 3상 인버터회로.
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