KR101794455B1 - Gate driveing circuit for the semiconductor switch in the DC power distribution - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a gate driving circuit of a semiconductor switch for DC power distribution, which can prevent damage due to an increase in both voltages of a power semiconductor switch. The gate driving circuit of a semiconductor switch for DC power distribution comprises a driving part supplying DC power to a load by controlling on/off of a semiconductor switch element, wherein the driving part is configured so that a rising or falling section of a gate voltage of the semiconductor switch element has a predetermined inclination.

Description

직류배전용 반도체 스위치의 게이트 구동회로{Gate driveing circuit for the semiconductor switch in the DC power distribution}[0001] The present invention relates to a gate drive circuit for a DC power distribution semiconductor switch,

본 발명은 직류배전용 반도체 스위치의 게이트 구동회로에 관한 것으로, 더 상세하게는 전원을 차단할 때 역기전력에 의해 반도체 스위치가 파괴되는 것을 방지할 수 있는 직류배전용 반도체 스위치의 게이트 구동회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a gate drive circuit of a direct current distribution semiconductor switch, and more particularly, to a gate drive circuit of a direct current distribution semiconductor switch capable of preventing a semiconductor switch from being broken by a back electromotive force.

최근, 직류를 사용하는 디지털 제품이나 조명의 급증과 신재생 에너지 발전등 직류 형태의 분산 발전 기술이 확산됨에 따라 직류 배전망에 대한 관심이 높아지고 있다. 하지만 직류전원은 교류전원과 달리 전류가 일정한 크기로 지속적으로 흐르기 때문에, 부하전류의 차단시 차단기의 접점 양단에 높은 아크전압 및 아크전류가 발생할 수 있다. 이와 같은 아크전압이나 아크전류는 종래의 전기접점형 차단기로 차단하기가 쉽지 않다. 이에 비하여 반도체 스위치는 내재적으로 차단전류의 기울기를 제한하는 기능이 있어서 차단 아크 없이 안전한 차단이 가능하게 된다.In recent years, with the proliferation of DC-type distributed power generation technologies such as the surge of digital products and lighting using direct current and the renewable energy generation, interest in DC distribution is increasing. However, unlike AC power, the DC current is constantly flowing at a constant magnitude, so that high arc voltage and arc current may be generated across the contacts of the circuit breaker when the load current is interrupted. Such an arc voltage or an arc current can not easily be blocked by a conventional electric contact type circuit breaker. On the other hand, the semiconductor switch has the function of limiting the slope of the cut-off current intrinsically so that it is possible to cut off safely without a cut-off arc.

대표적인 반도체 스위치는 도 1의 (a)에 도시한 POWER MOSFET과 (b)에 도시한 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)가 있다. 상기 전력용 반도체 스위치는 게이트에 가하는 전압의 크기에 따라 주전류의 허용 값이 결정되는 특징이 있다.A typical semiconductor switch includes the POWER MOSFET shown in FIG. 1A and the IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) shown in FIG. The power semiconductor switch is characterized in that the allowable value of the main current is determined according to the magnitude of the voltage applied to the gate.

전력용 반도체 스위치중 IGBT의 특성을 도 2의 그래프에 도시하였다.The characteristics of the IGBT in the power semiconductor switch are shown in the graph of FIG.

즉, 도 1의 (b)에서 게이트와 에미터의 전위차에서 문턱전압(Vth)을 감한 값이 클수록 콜렉터와 에미터간에 흐를 수 있는 전류의 값은 비례하여 증가하는 특징이 있다. 게이트와 에미터에 가해주는 전압이 임계값 이상으로 충분히 크면 콜렉터와 에미터간은 완전히 도통하여 온 상태가 된다.That is, in FIG. 1 (b), the value of the current that flows between the collector and the emitter increases in proportion as the value obtained by subtracting the threshold voltage Vth from the potential difference between the gate and the emitter is larger. When the voltage applied to the gate and the emitter is sufficiently larger than the threshold value, the collector and the emitter are completely conductive and turned on.

도 3은 반도체 스위치를 이용한 직류배전을 설명하기 위한 간략한 회로구성도이다.3 is a simplified circuit diagram for explaining DC distribution using a semiconductor switch.

도 3을 참조하면 직류전원(VDC)의 양극(+)에 부하(RLoad, LLoad)가 직렬연결되고, 상기 부하(RLoad, LLoad)와 직류전원(VDC)의 음극(-)의 사이에 전력용 반도체 스위치(IGBT)가 연결된다.Referring to Figure 3 a negative electrode of the DC power supply (V DC), the load to the positive electrode (+) of (R Load, L Load) are series-connected, the load (R Load, L Load) and the direct-current power supply (V DC) (- The power semiconductor switch IGBT is connected.

상기 반도체 스위치(IGBT)는 게이트 드라이버(1)에 의해 구동되어 온(ON) 또는 오프(OFF)되어 상기 직류전원(VDC)이 부하(RLoad, LLoad)에 전력을 공급하는 것을 통제하게 된다.The semiconductor switch IGBT is controlled by the gate driver 1 to be turned on or off so as to control the DC power source V DC to supply power to the load R Load or L Load do.

도 3의 회로에서 게이트 드라이버(1)를 이용하여 반도체 스위치(IGBT)를 오프시킬 때 반도체 스위치(IGBT)의 양단인 콜렉터(C)와 에미터(E)의 전위차인 스위치 양단 전압(VSW)은 아래의 수학식 1로 표현될 수 있다.The voltage across the switch V SW which is the potential difference between the collector C and the emitter E both ends of the semiconductor switch IGBT when the semiconductor switch IGBT is turned off using the gate driver 1 in the circuit of Fig. Can be expressed by the following equation (1).

Figure 112016077373705-pat00001
Figure 112016077373705-pat00001

여기서 L은 부하의 등가 인덕턴스, R은 부하의 등가저항이다.Where L is the equivalent inductance of the load and R is the equivalent resistance of the load.

위의 수학식 1에서 확인할 수 있는 바와 같이 반도체 스위치(IGBT)를 오프시킬 때 시간에 따른 부하전류의 하강 비율이 너무 크면, 부하의 등가 인덕턴스에서 발생하는 역기전력이 증가하고, 반도체 스위치 양단에 과도하게 높은 전압이 인가되어 반도체 스위치가 파괴될 수 있는 문제점이 있었다.
As can be seen from Equation (1) above, when the falling ratio of the load current with time is too large when turning off the semiconductor switch (IGBT), the counter electromotive force generated in the equivalent inductance of the load increases, There is a problem that a high voltage is applied and the semiconductor switch can be destroyed.

도 4는 도 3에서 전력용 반도체 스위치의 등가회로와 게이트 드라이버(1)의 예를 도시한 회로도이다.4 is a circuit diagram showing an example of the equivalent circuit of the power semiconductor switch and the gate driver 1 in Fig.

도 4를 참조하면, 전력용 반도체 스위치 게이트-에미터 사이의 등가커패시턴스 성분(CGATE)이 존재하고 게이트 단자에 연결되는 리드선의 길이에 따라 등가저항 성분(RGATE) 및 등가인덕턴스 성분(LGATE)이 존재한다. 반도체 스위치의 등가저항 성분(RGATE)은 등가커패시턴스 성분(CGATE)과 결합하여 게이트에 충전/방전되는 전압의 시간지연을 일으켜서 전력용 반도체 스위치의 ON/OFF 시간지연을 발생시키는 주요원인이 된다. 4, there is an equivalent capacitance component (C GATE ) between the power semiconductor switch gate-emitter and the equivalent resistance component (R GATE ) and the equivalent inductance component (L GATE ) depending on the length of the lead wire connected to the gate terminal ). The equivalent resistance component (R GATE ) of the semiconductor switch is a major cause of the ON / OFF time delay of the power semiconductor switch by causing a time delay of the voltage charged / discharged at the gate by being combined with the equivalent capacitance component (C GATE ) .

또한 반도체 스위치의 등가인덕턴스 성분(LGATE)은 등가커패시턴스 성분(CGATE)과 결합하여 원치 않는 공진을 일으키는 원인이 된다. 이러한 공진을 억제하기 위해서는 등가저항 성분(RGATE)을 적절히 크게 하여 댐핑계수를 증가킬 필요가 있다.Also, the equivalent inductance component (L GATE ) of the semiconductor switch is combined with the equivalent capacitance component (C GATE ) to cause unwanted resonance. In order to suppress such resonance, it is necessary to appropriately increase the equivalent resistance component (R GATE ) to increase the damping coefficient.

상기 게이트 드라이버(1)는 오피앰프(OPAMP)로 구성될 수 있으며, 오피앰프(OPAMP)의 입력단에 구형파의 ON/OFF 명령에 따라 출력이 결정된다. 단전원 오피앰프(OPAMP)의 경우는 +Vcc/0, 양전원 오피앰프(OPAMP)의 경우는 +Vcc/-Vcc를 출력하여 반도체 스위치의 게이트를 구동한다. 이때 Vcc는 오피앰프(OPAMP)의 전원전압 크기이다. 즉, ON 명령이 오피앰프(OPAMP)에 입력되어 오피앰프(OPAMP)의 출력이 +Vcc로 되는 경우, 전력용 반도체 스위치의 게이트 전압(VG)은 등가저항 성분(RGATE)과 등가커패시터 성분(CGATE)에 의한 시정수에 따라 시간지연을 가지며, +Vcc에 이를 때까지 충전되어간다. 이 과정에서 전력용 반도체 스위치의 게이트 전압(VG)이 도 2에서 보이는 것과 같이 임계값을 넘게 되면, 전력용 반도체 스위치는 완전히 ON 되어 부하임피던스에 의하여 제한되는 만큼의 부하전류가 흐르게 된다. The gate driver 1 may be composed of an operational amplifier OPAMP, and an output is determined according to an ON / OFF command of a square wave at an input terminal of an operational amplifier OPAMP. However, + Vcc / 0 is output for the OPAMP and + Vcc / -Vcc for the OPAMP, so that the gate of the semiconductor switch is driven. At this time, Vcc is the power supply voltage of the operational amplifier (OPAMP). That is, when the ON command is inputted to the operational amplifier OPAMP and the output of the operational amplifier OPAMP becomes + Vcc, the gate voltage V G of the power semiconductor switch becomes equal to the equivalent resistance component R GATE and the equivalent capacitor component (C GATE ) and is charged until it reaches + Vcc. When the gate voltage (V G ) of the power semiconductor switch exceeds the threshold value as shown in FIG. 2 in this process, the power semiconductor switch is completely turned on, and the load current as much as the load impedance is limited flows.

반대로 OFF 명령이 오피앰프(OPAMP)에 입력되면, 단전원 오피앰프(OPAMP)의 출력은 0V가 되고 양전원 오피앰프(OPAMP)의 출력은 -Vcc로 된다. 이때 전력용 반도체 스위치의 게이트 전압(VG)은 등가저항 성분(RGATE)과 등가커패시턴스 성분(CGATE)에 의한 시정수에 따라 시간지연을 가지며, 0V 또는 -Vcc에 이를 때까지 방전된다.On the other hand, when the OFF command is input to the OPAMP, the output of the power amplifier OPAMP becomes 0V and the output of the dual power amplifier OPAMP becomes -Vcc. At this time, the gate voltage V G of the power semiconductor switch has a time delay in accordance with the time constant due to the equivalent resistance component R GATE and the equivalent capacitance component C GATE , and is discharged until it reaches 0V or -Vcc.

이 과정에서 전력용 반도체 스위치의 게이트 전압(VG)이 문턱전압 이하로 떨어지게 되면, 전력용 반도체 스위치는 OFF로 전환되어 부하전류는 차단된다.
In this process, when the gate voltage V G of the power semiconductor switch falls below the threshold voltage, the power semiconductor switch is turned off and the load current is cut off.

이와 같이 전력용 반도체 스위치의 게이트 전압(VG)의 충전 및 방전과정에서 등가저항 성분(RGATE)과 등가커패시턴스 성분(CGATE)에 의해 정해지는 시정수에 따라, 전력용 반도체 스위치의 ON/OFF 시간지연이 일어나게 된다.As described above, according to the time constant determined by the equivalent resistance component (R GATE ) and the equivalent capacitance component (C GATE ) during the charging and discharging of the gate voltage (V G ) of the power semiconductor switch, OFF time delay occurs.

전력용 반도체 스위치의 ON/OFF 시간지연을 증가시키기 위하여 게이트 구동회로에 직렬로 저항을 추가시키기도 한다. 그러나 실제 등가커패시턴스 성분(CGATE)은 일정하지 않고 소자의 특성이나, 동작 조건에 따라 달라지며, 그 외의 기생 임피던스성분의 영향으로 인하여, 전력용 반도체 스위치의 게이트 전압(VG)을 정확한 시간 지연을 가지도록 제어하는 것은 불가능하며 직렬저항을 크게 하는 데에도 한계가 존재하는 문제점이 있었다.
A resistor is added in series to the gate drive circuit to increase the ON / OFF time delay of the power semiconductor switch. However, the actual equivalent capacitance component (C GATE ) is not constant and varies depending on the characteristics of the device and the operating conditions. Due to the influence of other parasitic impedance components, the gate voltage (V G ) And there is also a limitation in increasing the series resistance.

대한민국 공개특허공보 특2001-0071460(절연 게이트 전력 반도체용 게이트 구동장치, 2011년 7월 28일 공개)Korean Patent Laid-Open Publication No. 2001-0071460 (Gate drive device for insulated gate power semiconductor, published on July 28, 2011)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는, 전력용 반도체 스위치의 온/오프에 소요되는 시간을 능동적으로 제어하여 부하전류의 상승/하강 기울기를 원하는대로 조절함으로써 전력용 반도체 스위치의 양단 전압의 증가에 의한 파손을 방지할 수 있는 직류배전용 반도체 스위치의 게이트 구동회로를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and provides a power semiconductor switch which is capable of effectively controlling the time required for turning on and off the power semiconductor switch so that the rising / Which is capable of preventing breakdown due to an increase in the number of semiconductor devices.

본 발명의 다른 과제는 전력용 반도체 스위치의 온/오프에 소요되는 시간을 능동적으로 제어하되 기생커패시턴스 성분 등의 영향을 최소화하여 정확한 온/오프 지연시간을 제어할 수 있는 직류배전용 반도체 스위치의 게이트 구동회로를 제공함에 있다.
Another object of the present invention is to provide a DC-discharging semiconductor switch capable of controlling the on / off time of the power semiconductor switch actively and minimizing the influence of the parasitic capacitance component and the like, Thereby providing a driving circuit.

본 발명 직류배전용 반도체 스위치의 게이트 구동회로는, 반도체 스위치 소자의 온/오프를 제어하여, 부하에 직류전원을 공급제어하는 구동부를 포함하는 직류배전용 반도체 스위치의 게이트 구동회로에 있어서, 상기 구동부는, 상기 반도체 스위치 소자의 게이트 전압의 상승 또는 하강구간이 소정의 기울기를 가지도록 구성 될 수 있다.A gate drive circuit of a semiconductor switch for direct current distribution of the present invention is a gate drive circuit of a direct current distribution semiconductor switch including a driver for controlling ON / OFF of a semiconductor switch element to supply and control DC power to a load, May be configured such that the rising or falling section of the gate voltage of the semiconductor switch element has a predetermined slope.

상기 구동부는, 구형파인 온/오프 제어신호를 입력받아 사다리꼴의 기준 게이트 전압을 생성하는 기준전압 생성부와, 상기 게이트 전압이 상기 기준 게이트 전압을 추종하도록 출력 전압을 제어하여 증폭부로 제공하는 전압제어부를 포함할 수 있다.The driving unit includes a reference voltage generating unit receiving a square wave on / off control signal and generating a trapezoidal reference gate voltage, and a voltage control unit controlling the output voltage so that the gate voltage follows the reference gate voltage, . ≪ / RTI >

상기 구동부는, 상기 게이트 전압을 검출하는 전압검출부와, 상기 전압검출부에서 검출된 게이트 전압과 상기 기준 게이트 전압을 비교하여 그 결과를 상기 전압제어부에 제공하는 비교부를 더 포함할 수 있다.The driving unit may further include a voltage detector for detecting the gate voltage, and a comparator for comparing the gate voltage detected by the voltage detector with the reference gate voltage and providing the result to the voltage controller.

상기 기준 게이트 전압은, 전압의 증가 또는 감소 구간 중 상기 반도체 스위치의 문턱 전압 주변에서만 경사진 파형일 수 있다.The reference gate voltage may be a waveform inclined only around a threshold voltage of the semiconductor switch during an increase or a decrease of a voltage.

상기 구동부는,상기 전압제어부의 전류에 따라 게이트 전류를 제어하는 전류제어부를 더 포함할 수 있다.The driving unit may further include a current control unit for controlling the gate current according to the current of the voltage control unit.

상기 구동부는, 상기 게이트 전류를 검출하는 전류검출부와, 상기 전류검출부에서 검출된 게이트 전류와 상기 전압제어부의 출력전압에 따른 전류를 비교하여 결과를 상기 전류제어부로 제공하는 제2비교부를 포함할 수 있다.
The driving unit may include a current detecting unit for detecting the gate current and a second comparing unit for comparing the gate current detected by the current detecting unit and the current according to the output voltage of the voltage controlling unit and providing a result to the current controlling unit have.

도 1은 일반적인 전력용 반도체 스위치의 회로도이다.
도 2는 전력용 반도체 스위치의 특성 그래프이다.
도 3은 종래 전력용 반도체 스위치 구동회로가 적용된 직류배전 회로도이다.
도 4는 도 3에서 반도체 스위치의 등가회로 및 게이트 드라이버의 구체적인 회로도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류배전용 반도체 스위치의 게이트 구동회로도이다.
도 6은 도 5에서 게이트 전압의 변화에 따른 부하전류 변화 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 직류배전용 반도체 스위치의 게이트 구동회로도이다.1 is a circuit diagram of a general power semiconductor switch.
2 is a characteristic graph of a power semiconductor switch.
3 is a DC distribution circuit diagram to which a conventional power semiconductor switch drive circuit is applied.
4 is a specific circuit diagram of the equivalent circuit of the semiconductor switch and the gate driver in Fig.
5 is a gate drive circuit diagram of a DC power semiconductor switch according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph of a load current change according to a change in gate voltage in FIG.
7 is a gate drive circuit diagram of a DC power semiconductor switch according to another embodiment of the present invention.

본 발명 직류배전용 반도체 스위치의 게이트 구동회로에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A gate drive circuit of a semiconductor switch for direct current distribution of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류배전용 반도체 스위치의 게이트 구동회로도이다.5 is a gate drive circuit diagram of a DC power semiconductor switch according to a preferred embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류배전용 반도체 스위치의 게이트 구동회로는, 반도체 스위치(20)와, 상기 반도체 스위치(20)의 게이트에 게이트 전압을 공급하되, 게이트 전압의 상승 또는 하강 기울기를 미리 설정된 기준 게이트 전압에 추종하도록 제어하는 구동부(10)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 5, the gate driving circuit of the DC power supply semiconductor switch according to the preferred embodiment of the present invention includes a semiconductor switch 20 and a gate electrode of the semiconductor switch 20. The gate driving circuit supplies a gate voltage to the gate of the semiconductor switch 20, Or a downward slope to follow a preset reference gate voltage.

상기 구동부(10)는 전력의 공급을 통제하는 외부의 온/오프 제어신호를 입력받아 기울기를 제어하여 기준 게이트 전압을 생성하는 기준전압 생성부(11)와, 상기 기준전압 생성부(11)와 게이트 전압을 비교하는 비교부(12)와, 상기 비교부(12)의 비교결과에 따라 게이트 전압이 상기 기준전압을 추종하도록 조정하는 전압제어부(13)와, 상기 전압제어부(13)의 출력을 증폭하여 상기 반도체 스위치(20)의 게이트에 공급하는 증폭부(14)와, 상기 게이트 전압을 검출하여 상기 비교부(12)에 제공하는 전압검출부(15)를 포함하여 구성된다.
The driving unit 10 includes a reference voltage generating unit 11 for receiving an external on / off control signal for controlling power supply to generate a reference gate voltage by controlling the inclination, A voltage controller 13 for adjusting the gate voltage to follow the reference voltage according to the comparison result of the comparator 12 and a comparator 12 for comparing the output of the voltage controller 13 with the reference voltage, And a voltage detector 15 for detecting the gate voltage and providing the gate voltage to the comparator 12. The voltage detector 15 detects the gate voltage and supplies the amplified voltage to the comparator 12. [

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류배전용 반도체 스위치의 게이트 구동회로의 구성과 작용에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the structure and operation of the gate drive circuit of the direct current distribution semiconductor switch according to the preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

먼저, 반도체 스위치(20)의 게이트(G)에는 게이트 전압(VG)을 공급하여 반도체 스위치(20)를 온 또는 오프시켜 직류 전원이 부하에 공급되는 것을 제어하는 구동부(10)가 마련되어 있다.First, a driving unit 10 is provided for controlling the supply of DC power to the load by supplying a gate voltage V G to the gate G of the semiconductor switch 20 to turn the semiconductor switch 20 on or off.

상기 구동부(10)는 기존의 구형파 온/오프 제어신호를 입력받아 동작하되, 상기 게이트 전압(VG)에 소정의 기울기를 부여하여 온/오프되는 과정에서 부하전류의 상승 및 하강 기울기를 제어한다. 이는 게이트 전압(VG)의 크기에 따라 부하전류의 공급이 제한되는 것을 이용한 것이다. 이러한 방법에 의하여 반도체 스위치를 턴 온 시킬 때 부하전류의 급격한 상승을 방지할 수 있다.The driving unit 10 operates by receiving a conventional rectangular wave on / off control signal, and controls the rising and falling slopes of the load current in the process of turning on / off by giving a predetermined slope to the gate voltage V G . This is due to the limitation of the supply of the load current depending on the magnitude of the gate voltage V G. By this method, a sudden increase in the load current can be prevented when the semiconductor switch is turned on.

또한 반도체 스위치(20)를 턴 오프 시킬 때도 부하전류의 하강 기울기를 소정의 기울기로 제어함으로써 부하인덕터의 역기전력이 과도하게 발생하지 못하도록 하여 반도체 스위치의 양단 전압이 과도하게 증가하는 것을 방지할 수 있다.
Also, when the semiconductor switch 20 is turned off, the downward inclination of the load current is controlled at a predetermined slope, so that the back electromotive force of the load inductor is prevented from being excessively generated, thereby preventing the voltage across the semiconductor switch from excessively increasing.

이처럼 반도체 스위치(20)의 온 오프 스위칭시 부하전류의 상승 및 하강 기울기를 제어하기 위하여 구형파인 온/오프 제어신호를 입력받은 기준전압 생성부(11)는 턴 오프 상태에서 턴 온 상태로 전압이 증가하는 구간 및 턴 온 상태에서 턴 오프 상태로 전압이 감소하는 구간을 경사 구간으로 변경하여 기준 게이트 전압을 생성한다.In order to control the rise and fall tilt of the load current during the on-off switching of the semiconductor switch 20, the reference voltage generator 11 receiving the on / off control signal of the square wave is turned off from the turn- And a period in which the voltage decreases from the turn-on state to the turn-off state is changed to the slope interval to generate the reference gate voltage.

상기 기준전압 생성부(11)는 필터회로로 구성할 수 있으며, 소규모의 증폭기를 사용해서 전압 변화 구간의 시간 축을 지연시켜 구성할 수 있다.The reference voltage generator 11 may be constituted by a filter circuit and may be constructed by delaying the time axis of the voltage change period using a small-scale amplifier.

기준전압 생성부(11)에서 생성되는 기준 게이트 전압(VRef)은 최종적으로 사다리꼴 형상일 수 있으며, 다른 모양의 파형의 예는 이후에 좀 더 구체적으로 설명한다.The reference gate voltage V Ref generated by the reference voltage generator 11 may be finally trapezoidal, and examples of waveforms of other shapes will be described in more detail later.

상기 기준전압 생성부(11)에서 생성된 기준 게이트 전압(VRef)은 비교부(12)의 제1입력단(+)으로 입력되고, 비교부(12)의 제2입력단(-)에는 전압검출부(15)를 통해 검출된 게이트 전압(VGS)이 입력된다. 상기 전압검출부(15)를 통해 검출된 게이트 전압(VGS)은 기준 게이트 전압(VRef)에 비하여 시간상 차이가 있는 것이지만 그 차이가 매우 적기 때문에 게이트 전압(VG)과 검출된 게이트 전압(VGS)은 동일한 것으로 이해될 수 있다.The reference gate voltage V Ref generated by the reference voltage generator 11 is input to the first input terminal (+) of the comparator 12 and the second input terminal (- The gate voltage V GS detected through the gate 15 is input. Since the gate voltage V GS detected through the voltage detector 15 is different in time from the reference gate voltage V Ref but the difference is very small, the gate voltage V G and the detected gate voltage V GS ) may be understood to be the same.

상기 비교부(12)는 기준 게이트 전압(VRef)과 검출된 게이트 전압(VGS)의 차를 전압제어부(13)로 제공하며, 전압제어부(13)는 기준 게이트 전압(VRef)과 검출된 게이트 전압(VGS)의 차를 보상하는 전압을 출력한다.The comparison unit 12 provides a difference in a gate voltage (V GS) is detected and the reference gate voltage (V Ref), a voltage control section 13, the voltage control section 13 is detected and the reference gate voltage (V Ref) And outputs a voltage that compensates for the difference between the gate voltage V GS .

따라서 상기 전압제어부(13)는 게이트 전압(VG)이 기준 게이트 전압(VRef)을 추종하도록 제어하게 되며, 전압제어부(13)의 출력 전압은 증폭부(14)에서 증폭되어 반도체 스위치(20)의 게이트(G)에 공급된다.The voltage control unit 13 controls the gate voltage V G to follow the reference gate voltage V Ref and the output voltage of the voltage control unit 13 is amplified by the amplification unit 14 to be supplied to the semiconductor switch 20 (Not shown).

도면에는 반도체 스위치(20)가 IGBT인 것으로 도시되었지만, 도 1의 (a)와 같은 POWER MOSFET도 사용이 가능하다.
In the figure, the semiconductor switch 20 is shown as an IGBT, but a POWER MOSFET as shown in FIG. 1 (a) can also be used.

도 6은 게이트 전압의 변화에 따른 부하전류의 그래프이다.6 is a graph of the load current according to the change of the gate voltage.

도 6을 참조하면 앞서 설명한 바와 같이 게이트 전압(VG)은 사다리꼴 형상의 기준 게이트 전압(VRef)을 추종하여 턴온 후 턴 오프되는 과정의 파형이 사다리꼴의 형상이 되며, 이때 부하전류의 그래프 역시 턴 온 과정에서는 소정의 기울기로 증가하고, 턴 오프 과정에서는 소정의 기울기로 감소하는 특징을 나타낸다.Referring to FIG. 6, as described above, the waveform of the gate voltage V G follows a trapezoidal reference gate voltage V Ref and is turned off and then turned off, in a trapezoidal shape. At this time, It increases at a predetermined slope in the turn-on process and decreases at a predetermined slope in the turn-off process.

이와 같이 온/오프 시간의 지연에 의하여 부하 전류의 변화가 상대적으로 천천히 일어나기 때문에 앞서 설명한 부하전류의 급격한 상승이나 역기전력의 발생을 방지할 수 있게 된다.As described above, since the change of the load current relatively slowly occurs due to the delay of the on / off time, it is possible to prevent the abrupt rise of the load current and the generation of the back electromotive force.

또한 기준전압 생성부(11)를 구성할 때 생성되는 기준 게이트 전압(VRef)의 전압변화 구간에서의 기울기가 일정하게 되도록 설정할 수 있으며, 그 기울기에 의해 상기 반도체 스위치(20)가 턴 온 또는 턴 오프 되는 시간을 정확하게 설정할 수 있다. 스위치의 동작 시간을 정확하게 설정할 수 있다는 것은 기계적 스위치를 결합한 하이브리드 스위치의 선행 제어에 적용할 때 안정적이고 효과적인 특성을 나타낼 수 있게 된다.
In addition, the slope of the reference gate voltage V Ref generated when the reference voltage generator 11 is constructed may be set to be constant in a voltage variation period. The inclination of the reference gate voltage V Ref causes the semiconductor switch 20 to turn on The time to turn off can be set accurately. The ability to precisely set the operating time of the switch enables stable and effective characteristics when applied to the prior control of a hybrid switch that combines mechanical switches.

도 7은 본 발명에 적용될 수 있는 기준 게이트 전압(VRef)의 다른 실시 파형도이다.Figure 7 is another implementation waveform diagram of a reference gate voltage (V Ref ) that can be applied to the present invention.

도 7을 참조하면 본 발명에 적용될 수 있는 기준 게이트 전압(VRef)은, 반도체 스위치(20)의 문턱 전압 부근에서만 경사진 파형을 나타내도록 제어할 수 있다.Referring to FIG. 7, the reference gate voltage V Ref applicable to the present invention can be controlled so as to exhibit a waveform inclined only in the vicinity of the threshold voltage of the semiconductor switch 20.

예를 들어 문턱전압이 5V일 때 4 내지 6V의 구간에서만 경사진 파형을 제공할 수 있다.For example, when the threshold voltage is 5V, it is possible to provide a slant waveform only in the interval of 4 to 6V.

이는 상대적으로 반도체 스위치(20)의 온 또는 오프에 소요되는 시간을 단축할 수 있으며, 역시 급격한 부하전류의 공급을 방지하여 반도체 스위치(20)의 손상을 방지할 수 있다.
This can shorten the time required to turn on or off the semiconductor switch 20 relatively, and prevent the semiconductor switch 20 from being damaged by preventing the supply of the abrupt load current.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 직류배전용 반도체 스위치의 게이트 구동회로도이다.8 is a gate drive circuit diagram of a DC power semiconductor switch according to another embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 앞서 도 5를 참고하여 설명한 구성에서 게이트 전류를 검출하는 전류검출부(16)와, 상기 전압제어부(13)의 전류와 상기 전류검출부(16)에서 검출된 전류를 비교하는 제2비교부(17)와, 상기 제2비교부(17)의 출력에 따라 전류를 제어하여 상기 증폭부(14)로 공급하는 전류제어부(18)를 더 포함하여 구성된다.8, a current detector 16 for detecting a gate current in the configuration described above with reference to FIG. 5, and a current detector 16 for comparing the current of the voltage controller 13 with the current detected by the current detector 16. [ 2 comparator 17 and a current controller 18 for controlling the current according to the output of the second comparator 17 and supplying the current to the amplifier 14. [

이와 같은 구성은 게이트 전류가 전압제어부(13)의 출력 전류를 추종하도록 하여 게이트 제어의 속응성을 향상시킬 수 있으며, 고가의 HVDC용 하이브리드 차단기의 선행 제어를 안정적으로 수행할 수 있게 된다.
In such a configuration, the gate current can follow the output current of the voltage control unit 13 to improve the inertia of the gate control, and it is possible to stably perform the preliminary control of the expensive HVDC hybrid circuit breaker.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention will be.

10:구동부 11:기준전압 생성부
12:비교부 13:전압제어부
14:증폭부 15:전압검출부
16:전류검출부 17:제2비교부
18:전류제어부 20:반도체 스위치10: driving unit 11: reference voltage generating unit
12: comparator 13: voltage controller
14: amplifying unit 15: voltage detecting unit
16: Current detection unit 17:
18: current control unit 20: semiconductor switch

Claims (6)

반도체 스위치 소자의 온/오프를 제어하여, 부하에 직류전원을 공급제어하는 구동부를 포함하는 직류배전용 반도체 스위치의 게이트 구동회로에 있어서,
상기 구동부는,
구형파인 온/오프 제어신호를 입력받아 사다리꼴의 기준 게이트 전압을 생성하는 기준전압 생성부;
상기 게이트 전압이 상기 기준 게이트 전압을 추종하도록 출력 전압을 제어하여 증폭부로 제공하는 전압제어부;
상기 게이트 전압을 검출하는 전압검출부;
상기 전압검출부에서 검출된 게이트 전압과 상기 기준 게이트 전압을 비교하여 그 결과를 상기 전압제어부에 제공하는 비교부; 및
상기 전압제어부의 전류에 따라 게이트 전류를 제어하는 전류제어부를 포함하여,
상기 반도체 스위치 소자의 게이트 전압의 상승 또는 하강구간이 소정의 기울기를 가지도록 구성하여 된 것을 특징으로 하는 직류배전용 반도체 스위치의 게이트 구동회로.
A gate drive circuit of a direct current distribution semiconductor switch including a driver for controlling on / off of a semiconductor switch element to supply and control a DC power to a load,
The driving unit includes:
A reference voltage generator for receiving a square wave on / off control signal and generating a trapezoidal reference gate voltage;
A voltage control unit for controlling the output voltage so that the gate voltage follows the reference gate voltage and providing the control voltage to the amplification unit;
A voltage detector for detecting the gate voltage;
A comparator comparing the gate voltage detected by the voltage detector with the reference gate voltage and providing the result to the voltage controller; And
And a current control unit for controlling the gate current according to the current of the voltage control unit,
Wherein the gate voltage of the semiconductor switch element is set to have a predetermined slope in a rising or falling period of the gate voltage of the semiconductor switch element.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 기준 게이트 전압은,
전압의 증가 또는 감소 구간 중 상기 반도체 스위치의 문턱 전압 주변에서만 경사진 파형인 것을 특징으로 하는 직류배전용 반도체 스위치의 게이트 구동회로.
The method according to claim 1,
The reference gate voltage,
Wherein the waveform is a waveform inclined only around a threshold voltage of the semiconductor switch during an increase or a decrease of a voltage.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 구동부는,
상기 게이트 전류를 검출하는 전류검출부와,
상기 전류검출부에서 검출된 게이트 전류와 상기 전압제어부의 출력전압에 따른 전류를 비교하여 결과를 상기 전류제어부로 제공하는 제2비교부를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 직류배전용 반도체 스위치의 게이트 구동회로.
The method according to claim 1,
The driving unit includes:
A current detector for detecting the gate current;
And a second comparator for comparing the gate current detected by the current detector with the current corresponding to the output voltage of the voltage controller and providing a result to the current controller.
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