KR20050008038A - System for driving high power switching system - Google Patents
System for driving high power switching system Download PDFInfo
- Publication number
- KR20050008038A KR20050008038A KR1020030047715A KR20030047715A KR20050008038A KR 20050008038 A KR20050008038 A KR 20050008038A KR 1020030047715 A KR1020030047715 A KR 1020030047715A KR 20030047715 A KR20030047715 A KR 20030047715A KR 20050008038 A KR20050008038 A KR 20050008038A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- voltage
- switch
- gate
- signal
- semiconductor switch
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 118
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 6
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000808 amorphous metal alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
- H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/0843—Source or drain regions of field-effect devices
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
- H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
- H02H1/0015—Using arc detectors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 고압 스위칭 시스템의 구동 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 고압의 시스템 전원으로부터 부하로의 전원의 공급을 제어하기 위하여 상기 시스템 전원에 직렬로 연결된 복수개의 반도체 스위치를 구동하는 고압 스위칭 시스템을 구동하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a driving system of a high voltage switching system, and more particularly, to drive a high voltage switching system for driving a plurality of semiconductor switches connected in series to the system power for controlling the supply of power from a high voltage system power supply to a load. It's about the system.
중성빔 입사가속장치, 레이저 발생장치 등과 같은 펄스파워 시스템에서 싸이라트론과 이그니트론, 스파크 갭, 진공 여기 스위치 등은 가스방전을 이용한 기계적 스위치들로써 폭 넓게 사용되어져 왔다. 그러나 이러한 스위치들은 원리적으로 제한된 사용수명, 제한된 펄스 반복률과 복잡한 구동회로를 갖는 문제점이 있다.In pulsed power systems such as neutral beam incident accelerators and laser generators, cyiratrons, ignitrons, spark gaps, and vacuum excitation switches have been widely used as mechanical switches using gas discharge. However, these switches have a problem in principle with a limited service life, a limited pulse repetition rate and a complicated driving circuit.
이에 반하여 반도체 스위치는 가스방전을 이용하지 않으며, 오랜 수명, 간단한 구동회로, 높은 주파수의 동작과 안정적인 스위칭 특성을 갖는 장점이 있고, 이러한 이유로 고압, 대전류의 반도체 스위치를 개발하여 펄스파워 시스템에 적용하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.On the contrary, semiconductor switches do not use gas discharge, and have a long life, a simple driving circuit, high frequency operation, and stable switching characteristics. For this reason, a semiconductor switch of high voltage and high current is intended to be applied to a pulse power system. Research is actively underway.
현재, 사용되고 있는 전력용 반도체 스위치로는 절연 게이트 턴오프 사이리스터(Insulated Gate Turnoff Thyristor: IGBT), 게이트 턴오프 사이리스터(Gate Turnoff Thyristor : GTO), 모스 전계 효과 트랜지스터(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor :MOSFET)와 사이리스터(Thyristor) 등이 있다.Currently used power semiconductor switches include Insulated Gate Turnoff Thyristors (IGBTs), Gate Turnoff Thyristors (GTOs), and Metal Oxide Silicon Field Effect Transistors (MOSFETs). And thyristors.
사이리스터(Thyristor)의 경우 가장 높은 전압 및 전류 정격을 가지나 자기 소호 능력이 없기 때문에 사용 범위가 제한적인 문제점이 있다. IGBT, GTO, MOSFET 등은 자기소호 능력을 가지고 있으며, 빠른 스위칭 특성을 갖는다. IGBT의 경우 현재 3300V 정격전압의 소자가 생산되고 있으며, GTO의 경우 6600V, MOSFET의 경우 1700V의 소자가 산업현장에서 사용되고 있다.Thyristors have the highest voltage and current ratings, but have a limited range of use because they do not have self-extinguishing capabilities. IGBT, GTO, MOSFET, etc. have self-protection capability and fast switching characteristics. In the case of IGBTs, devices with a rated voltage of 3300V are being produced. In the GTO, 6600V and 1700V are used in industrial sites.
그러나 이러한 전력용 반도체 스위치들의 하나만으로는 펄스파워 시스템에서 요구하는 차단 전압정격을 만족시킬 수 없어, 이러한 IGBT, GTO 스위치들을 직렬로 연결하여 사용하는 방안이 연구, 개발되어지고 있다.However, only one of these power semiconductor switches cannot satisfy the cut-off voltage rating required by a pulsed power system. Therefore, a method of using such IGBT and GTO switches in series has been researched and developed.
이러한 직렬 연결된 고압 반도체 스위치의 장점은 펄스파워 시스템에 적용되어 시스템의 가격 및 크기를 줄이며 오랜 수명을 갖는 것이다. 그 결과 직렬 연결된 반도체 스위치들이 고압 펄스파워 시스템에 폭 넓게 적용되고 있다.The advantage of such series-connected high voltage semiconductor switches is that they are applied to pulse power systems, reducing the cost and size of the system and having a long lifetime. As a result, series-connected semiconductor switches are widely used in high voltage pulse power systems.
전력용 반도체 스위치 소자를 직렬 연결하는데 있어 가장 중요한 문제는 스위칭 정상상태와 과도 상태에서 직렬 연결된 소자사이의 전압균형 문제이며, 일반적으로 수백 킬로볼트의 전압정격을 갖는 즉 수백 개의 전력용 반도체 소자를 직렬 연결하는 경우 다음과 같은 사항을 설계 시 반드시 반영하여야 한다.The most important problem in series connection of power semiconductor switch elements is the voltage balance problem between the devices connected in series at the steady state and the transient state, and in general, the voltage rating of several hundred kilovolts, that is, the series of hundreds of power semiconductor elements In the case of connection, the following matters must be reflected in the design.
▶ 짧은 스위칭 지연시간을 갖는 전력용 반도체 스위칭 소자의 선정▶ Selection of power semiconductor switching element with short switching delay time
▶ 게이트 구동회로의 응답 지연 시간을 가능한 줄임▶ Reduce the response delay time of the gate driving circuit as much as possible
▶ 수백 킬로볼트의 절연내압을 갖는 구동회로▶ Driving circuit with insulation voltage of several hundred kilovolts
위와 같은 요구사항을 만족시키는 구동회로를 발명해 내기 위하여 게이트 구동회로를 이용한 능동적인 전압균등제어 연구, IGBT의 직렬 및 병렬연결 기술연구, 능동 스너버회로를 이용한 직렬연결 기술연구 등 직렬 연결된 소자간의 전압 불균형 문제를 해결하려는 연구가 진행되어져 왔다.In order to invent a driving circuit that satisfies the above requirements, the study of active voltage equalization using a gate driving circuit, a series and parallel connection technology research of IGBT, and a series connection technology research using active snubber circuit, etc. Research has been conducted to solve the voltage unbalance problem.
그러나 이러한 방법들은 모두 스위칭의 과도상태 특성과 스위칭 시간 및 스위칭 손실 등에 있어 문제점을 가지고 있다. 특히 수백 개의 전력용 반도체 소자를 직렬 연결하는 경우, 위에서 언급한 방법으로는 어떠한 스위칭 특성을 나타낼지 예측할 수 없으며, 스위칭 시간, 비용 및 크기 면에서 단점을 갖게 된다.However, these methods all have problems in switching transient characteristics, switching time, and switching losses. In particular, when several hundred power semiconductor devices are connected in series, it is impossible to predict what kind of switching characteristics the above-mentioned method will exhibit, and there are disadvantages in terms of switching time, cost and size.
또한, 상기한 요구사항을 만족시키기 위하여 제어보드로부터 각각의 반도체 스위치를 구동시키는 게이트 구동회로로 전달되는 반도체 스위치의 온 오프를 제어하는 신호를 광 신호로 전달하는 방안도 연구되었으나, 이렇게 할 경우 다수의 광절연부와 각각의 게이트 구동회로에 전원을 공급하는 별도의 절연된 동작 전원을 위한 부가적인 회로가 필요하게 되므로, 필요한 절연내압을 만족시키기 위한 별도의 절연소자 및 다수의 전원 등으로 인하여 불필요하게 부피가 증가하게 되는 단점이 있었다.In addition, in order to satisfy the above requirements, a method of transmitting a signal for controlling the on / off of the semiconductor switch transmitted from the control board to the gate driving circuit for driving each semiconductor switch as an optical signal has been studied. An additional circuit for an insulated operating power supply for supplying power to the optical insulator and the gate driving circuit of each is required, which is not necessary due to a separate insulation element and a plurality of power supplies to satisfy the required insulation breakdown voltage. There was a disadvantage that the volume increases.
상기한 문제를 해결하기 위해서 본 발명에서는 각각의 게이트 구동회로에 공급되는 바이어스 전원을 위한 부가적인 회로를 없애면서도 +/-의 게이팅 전압을 가질 수 있어 소형화 및 안정화가 가능하고, 게이트 구동회로의 응답지연시간을 최대한 줄일 수 있는 고압 스위칭 시스템의 구동 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problem, the present invention can have a gating voltage of +/- while eliminating an additional circuit for the bias power supplied to each gate driving circuit, thereby miniaturizing and stabilizing the response of the gate driving circuit. It is an object of the present invention to provide a drive system of a high pressure switching system that can minimize the delay time.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 도시한 도면1 illustrates an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 하나의 반도체 스위치를 중심으로 설명하기 위한 도면FIG. 2 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention with reference to one semiconductor switch; FIG.
도 3은 반도체 스위치의 온 오프를 지시하는 신호에 따라 변압수단의 2차 코일로 출력되는 신호의 파형을 도시한 도면3 is a view showing waveforms of signals output to a secondary coil of a transformer according to a signal indicating on / off of a semiconductor switch;
도 4는 도 3과 같은 신호가 변압수단의 2차코일의 양단으로 출력되는 경우 반도체 스위치의 게이트와 소스 사이에 걸리는 전압을 도시한 도면FIG. 4 is a diagram illustrating a voltage applied between a gate and a source of a semiconductor switch when a signal as shown in FIG. 3 is output to both ends of a secondary coil of a transformer.
도 4는 본 발명의 멀티미디어 정보 데이터베이스 구축방법의 일 실시예를 나타낸 흐름도4 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for constructing a multimedia information database of the present invention.
도 5는 반도체 스위치를 통하여 흐르는 전류의 파형을 도시한 도면5 shows waveforms of current flowing through a semiconductor switch;
도 6은 반도체 스위치의 양단에 걸리는 전압의 파형을 도시한 도면6 is a diagram showing waveforms of voltages across the semiconductor switches;
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
100 게이트제어수단 110 스위칭수단100 gate control means 110 switching means
111 제1스위치 112 제2스위치111 First switch 112 Second switch
113 제3스위치 114 제4스위치113 Third switch 114 Fourth switch
115 직류전원공급수단 120 변압수단115 DC power supply means 120 transformer
121 1차 코일 122 2차 코일121 Primary Coil 122 Secondary Coil
130 게이트구동수단 131 제1다이오드130 Gate driving means 131 First diode
132 제2다이오드 133 캐패시터132 Second Diode 133 Capacitor
134 제1저항134 first resistance
135 제1스위치 수단, P채널 MOSFET135 First switch means, P-channel MOSFET
136 제2스위치 수단, P채널 MOSFET136 Second switch means, P-channel MOSFET
116, 117, 118, 119, 137, 138, 150 프리휠링 다이오드116, 117, 118, 119, 137, 138, 150 freewheeling diode
139 제2저항 140 반도체 스위치139 Second resistor 140 Semiconductor switch
160 스너버 170 피어슨 전류센서160 Snubber 170 Pearson Current Sensor
180 홀 전류센서 191 고전위, 시스템 전원180 Hall Current Sensor 191 High Potential, System Power
192 저전위, 부하192 low potential, load
상기한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 고압의 시스템 전원으로부터 부하로의 전원의 공급을 제어하기 위하여 상기 시스템 전원에 직렬로 연결된 복수개의 반도체 스위치를 구동하는 고압 스위칭 시스템의 구동 시스템에 있어서, 상기 반도체 스위치의 온 오프를 지시하는 제어신호를 출력하는 게이트제어수단; 상기 게이트제어수단으로부터 상기 반도체 스위치의 온을 지시하는 신호를 입력받는 경우 제1극성의 전압 신호를 출력하고, 상기 게이트제어수단으로부터 상기 반도체 스위치의 오프를 지시하는 신호를 입력받는 경우 상기 제1극성의 전압 신호와 반대의 극성인 제2극성의 전압 신호를 출력하는 스위칭수단; 상기 스위칭 수단으로부터 출력되는 전압을 1차 코일에 인가받아 유도기전력에 의해 2차 코일에 전압을 발생시키는 변압 수단; 및 상기 변압 수단의 상기 2차 코일에 발생한 전압에 의해 동작하며, 상기 변압 수단의 상기 2차 코일의 양단으로부터 제3극성의 전압 신호가 출력되는 경우 상기 반도체 스위치의 게이트에 상기 반도체 스위치가 스위치 온 되는 제1게이트 전압을 인가하고, 상기 변압 수단의 상기 2차 코일의 양단으로부터 상기 제3극성의 전압 신호와 극성이 반대인 제4극성의 전압 신호가 출력되는 경우 상기 반도체 스위치의 게이트에 상기 반도체 스위치가 스위치 오프 되는 제2게이트 전압을 인가하는 게이트 구동수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 스위칭 시스템 구동 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention relates to a driving system of a high voltage switching system for driving a plurality of semiconductor switches connected in series to the system power supply for controlling the supply of power from a high voltage system power supply to the load. Gate control means for outputting a control signal instructing on / off of the switch; The first polarity outputs a voltage signal of a first polarity when receiving a signal instructing to turn on the semiconductor switch from the gate control means, and the first polarity outputs a signal indicative of the off of the semiconductor switch from the gate control means. Switching means for outputting a voltage signal of a second polarity having a polarity opposite to that of the voltage signal of; Transformer means for applying a voltage output from the switching means to the primary coil to generate a voltage to the secondary coil by an induced electromotive force; And the semiconductor switch is switched on to the gate of the semiconductor switch when a voltage signal of a third polarity is output from both ends of the secondary coil of the transformer. Applies a first gate voltage and outputs a voltage signal of a fourth polarity opposite in polarity to the voltage signal of the third polarity from both ends of the secondary coil of the transformer; It provides a high-voltage switching system drive system comprising a; gate driving means for applying a second gate voltage is switched off.
여기서, 상기 반도체 스위치는 게이트, 드레인, 소스를 포함하는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)이며, 상기 게이트 구동수단은 상기 변압 수단의 상기 2차 코일로부터 출력되는 신호를 입력받아 상기 입력된 신호가 상기 제3극성의 전압인 경우 상기 입력된 신호를 상기 반도체 스위치의 게이트에 전달하는 제1스위치 수단; 및 상기 변압 수단의 상기 2차 코일로부터 출력되는 신호가 반전된 신호를 입력받아 상기 입력된 신호가 상기 제3극성의 전압인 경우 상기 입력된 신호를 상기 반도체 스위치의 소스에 전달하는 제2스위치 수단;을 포함하는 것이 바람직하다.Here, the semiconductor switch is a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) including a gate, a drain, and a source, and the gate driving unit receives a signal output from the secondary coil of the transformer unit and receives the input signal. First switch means for transferring the input signal to a gate of the semiconductor switch when the voltage is the third polarity; And second switch means for receiving an inverted signal output from the secondary coil of the transformer and receiving the input signal to a source of the semiconductor switch when the input signal is the voltage of the third polarity. It is preferable to include;
또한, 상기 반도체 스위치는 게이트, 드레인, 소스를 포함하는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)이며, 상기 변압 수단은 상기 2차 코일의 양 출력단자에서 동일한 위상의 신호가 출력되도록 구성되어 있으며, 상기 게이트 구동수단은 상기 변압기 수단의 상기 2차 코일의 제1출력단자로부터 출력된신호를 입력받는 애노드를 구비한 제1다이오드; 상기 변압기 수단의 상기 2차 코일의 제2출력단자로부터 출력되는 신호를 입력받는 캐소드를 구비하고, 상기 제1다이오드의 캐소드에 연결된 제1노드에 애노드가 연결된 제2다이오드; 상기 제1노드에 소스가 연결되고 상기 반도체 스위치의 게이트에 출력 신호를 전달하는 드레인을 구비한 제1P채널 MOSFET; 상기 제1P채널 MOSFET의 게이트에 연결된 제2노드에 소스가 연결되고, 상기 제1P채널 MOSFET의 드레인에 연결되는 제3노드에 게이트가 연결되어 상기 반도체 스위치의 소스로 입력되는 신호를 스위칭하는 제2P채널 MOSFET; 상기 제1노드와 상기 제2노드 사이에 연결되는 캐패시터; 및 상기 제1노드와 상기 제2노드 사이에 연결되는 저항;을 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the semiconductor switch is a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) including a gate, a drain, a source, the transformer means is configured to output a signal of the same phase at both output terminals of the secondary coil, The gate driving means includes a first diode having an anode for receiving a signal output from the first output terminal of the secondary coil of the transformer means; A second diode having a cathode for receiving a signal output from a second output terminal of the secondary coil of the transformer means and having an anode connected to the first node connected to the cathode of the first diode; A first P-channel MOSFET having a drain connected to a source of the first node and having an output signal transmitted to a gate of the semiconductor switch; A second P source connected to a second node connected to a gate of the first P channel MOSFET, and a second P connected to a third node connected to a drain of the first P channel MOSFET to switch a signal input to the source of the semiconductor switch Channel MOSFET; A capacitor connected between the first node and the second node; And a resistor connected between the first node and the second node.
또한, 상기 변압 수단은 양 단자가 상기 스위칭 수단에 연결된 단일 권선을 이용하여 상기 반도체 스위치의 수만큼의 1차 코일이 직렬로 연결되는 형태가 되도록 구성되며, 상기 게이트 구동수단은 상기 반도체 스위치의 수만큼 포함되며, 상기 각각의 게이트 구동수단은 상기 각각의 1차 코일로부터 유도기전력을 발생시키는 상기 변압 수단의 각각의 2차 코일과 상기 각각의 반도체 스위치를 연결하는 것이 바람직하다.In addition, the transformer means is configured such that the number of primary coils in series by the number of the semiconductor switch is connected in series by using a single winding connected to both the switching means, the gate driving means is the number of the semiconductor switch And each gate driving means connects each of the secondary coils of the transformer and the respective semiconductor switches to generate an induced electromotive force from the respective primary coils.
또한, 상기 반도체 스위치는 N채널 MOSFET인 것이 바람직하다.In addition, the semiconductor switch is preferably an N-channel MOSFET.
또한, 상기 스위칭수단은 직류전원을 공급하는 직류전원공급수단; 상기 게이트제어수단으로부터 상기 반도체 스위치의 온 오프를 제어하는 제어신호를 입력받는 경우 상기 변압 수단의 상기 1차 코일의 제1입력단자에 상기 직류전원공급수단으로부터 인가되는 제1전극 전압을 인가하는 제1스위치; 상기 게이트제어수단으로부터 상기 제어신호를 입력받는 경우 상기 변압기의 상기 1차 코일의 제2단자에 상기 직류전원공급수단으로부터 인가되는 제2극성의 전압을 인가하는 제2스위치; 상기 게이트제어수단으로부터 상기 제어신호를 입력받는 경우 상기 변압 수단의 상기 1차 코일의 제1입력단자에 상기 직류전원공급수단으로부터 인가되는 상기 제2전극 전압을 인가하는 제3스위치; 및 상기 게이트제어수단으로부터 상기 제어신호를 입력받는 경우 상기 변압기의 상기 1차 코일의 제2단자에 상기 직류전원공급수단으로부터 인가되는 상기 제1극성의 전압을 인가하는 제4스위치;를 포함하고, 상기 게이트제어수단은 상기 제어신호를 상기 반도체 스위치를 온 시키는 경우에는 상기 제1스위치 및 상기 제2스위치에 인가하고, 상기 반도체 스위치를 오프 시키는 경우에는 상기 제3스위치 및 상기 제4스위치에 인가하는 것이 바람직하다.In addition, the switching means includes a direct current power supply means for supplying direct current power; Applying a first electrode voltage applied from the DC power supply means to a first input terminal of the primary coil of the transformer means when receiving a control signal for controlling the on / off of the semiconductor switch from the gate control means; 1 switch; A second switch for applying a second polarity voltage applied from the DC power supply means to the second terminal of the primary coil of the transformer when the control signal is input from the gate control means; A third switch for applying the second electrode voltage applied from the DC power supply means to the first input terminal of the primary coil of the transformer means when the control signal is input from the gate control means; And a fourth switch for applying the voltage of the first polarity applied from the DC power supply means to the second terminal of the primary coil of the transformer when the control signal is input from the gate control means. The gate control means applies the control signal to the first switch and the second switch when the semiconductor switch is turned on, and to the third switch and the fourth switch when the semiconductor switch is turned off. It is preferable.
또한, 상기 고압 스위칭 시스템 구동 시스템은 상기 반도체 스위치에 병렬로 연결되어 서지 전압 또는 링잉 전압을 방지하기 위한 스너버 및 상기 반도체 스위치에 병렬로 연결되어 상기 반도체 스위치의 스위치 오프시에 역으로 흐르는 전류의 경로(path)를 만들어주는 프리휠링(free wheeling) 다이오드를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the high-voltage switching system driving system is connected to the semiconductor switch in parallel to the snubber to prevent surge voltage or ringing voltage and connected in parallel to the semiconductor switch of the current flowing in reverse when the switch off of the semiconductor switch It is preferable to further include a free wheeling diode to create a path.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 시스템의 일실시예를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating one embodiment of a system of the present invention.
본 발명의 시스템은 게이트제어수단(100), 스위칭수단(110), 변압수단(120), 게이트구동수단(130)을 통하여 반도체 스위치(140)를 구동시켜 온 오프를 제어한다.The system of the present invention controls the on and off by driving the semiconductor switch 140 through the gate control means 100, the switching means 110, the transformer means 120, the gate driving means 130.
게이트제어수단(100)은 반도체 스위치(140)의 온 오프를 지시하는 제어신호를 출력한다. 이 때, 반도체 스위치(140)의 온 오프의 결정은 게이트제어수단(100) 내에 내장되어 있는 프로그램에 의해서 결정되어질 수도 있고, 관리자가 수동으로 입력하는 내용에 따라 결정될 수도 있다.The gate control means 100 outputs a control signal for instructing the on and off of the semiconductor switch 140. At this time, the determination of the on / off of the semiconductor switch 140 may be determined by a program embedded in the gate control means 100, or may be determined according to a manual input by an administrator.
스위칭수단(110)은 게이트제어수단(100)으로부터 반도체 스위치(140)의 온을 지시하는 신호를 입력받는 경우 제1극성의 전압 신호를 출력하고, 게이트제어수단(100)으로부터 반도체 스위치(140)의 오프를 지시하는 신호를 입력받는 경우 상기 제1극성의 전압 신호와 반대의 극성인 제2극성의 전압 신호를 출력한다.When the switching means 110 receives a signal indicating the on of the semiconductor switch 140 from the gate control means 100, the switching means 110 outputs a voltage signal of a first polarity, and the semiconductor switch 140 from the gate control means 100. When receiving a signal indicating to turn off of the voltage signal of the second polarity opposite to the voltage signal of the first polarity is output.
즉, 스위칭수단(110)은 게이트제어수단(100)으로부터 입력되는 신호에 따라 변압수단(120)의 1차 코일 양단자에 걸리는 전압의 극성이 변경되도록 한다.That is, the switching means 110 changes the polarity of the voltage applied to both terminals of the primary coil of the transformer 120 according to the signal input from the gate control means 100.
변압수단(120)은 스위칭수단(110)으로부터 출력되는 전압을 1차 코일에 인가받아 유도기전력에 의해 2차 코일에 전압을 발생시켜 게이트구동수단(130)에 전달한다.The transformer unit 120 receives the voltage output from the switching unit 110 to the primary coil to generate a voltage to the secondary coil by the induced electromotive force and transmits the voltage to the gate driving unit 130.
본 발명의 반도체 스위치는 일반적으로 시스템 전원의 전압이 120kV, 반도체 스위치를 통하여 흐르는 전류가 70A와 같이 고압의 시스템에서 사용되어지기 때문에 본 발명에서 사용되는 변압수단(120)은 150kV 이상의 절연 내압을 가지는 것이 바람직하다.In the semiconductor switch of the present invention, since the voltage of the system power supply is generally 120 kV and the current flowing through the semiconductor switch is used in a high pressure system such as 70 A, the transformer means 120 used in the present invention has an insulation breakdown voltage of 150 kV or more. It is preferable.
도 1에서 보는 바와 같이, 변압수단(120)을 구성하는 모든 1차 코일은 스위칭 수단(110)에 연결된 단일 권선을 이용하여 상기 반도체 스위치의 수만큼의 1차코일이 직렬로 연결되는 형태가 되도록 구성된다. 변압수단을 구성하는 모든 1차 코일들을 하나의 권선만을 이용하여 구성하고, 각각의 1차 코일들로부터 2차 코일을 통하여 각각의 게이트구동수단(130)에 신호를 출력하도록 함으로써 각각의 게이트구동수단(130) 간의 응답시간 차이를 최소화할 수 있게 된다.As shown in FIG. 1, all the primary coils constituting the transformer 120 have a single winding connected to the switching means 110 such that as many primary coils as the number of the semiconductor switches are connected in series. It is composed. All primary coils constituting the transformer means are configured using only one winding, and each gate driver means by outputting a signal to each gate driver 130 from each primary coil through the secondary coil. The response time difference between 130 may be minimized.
각각의 게이트구동수단(130)은 변압수단(120)의 2차 코일에 발생한 전압에 의해 동작하며, 변압수단(120)의 상기 2차 코일의 양단으로부터 제3극성의 전압 신호가 출력되는 경우 반도체 스위치(140)의 게이트에 상기 반도체 스위치가 스위치 온 되는 제1게이트 전압을 인가하고, 변압수단(120)의 상기 2차 코일의 양단으로부터 상기 제3극성의 전압 신호와 극성이 반대인 제4극성의 전압 신호가 출력되는 경우 반도체 스위치(140)의 게이트에 반도체 스위치(140)가 스위치 오프 되는 제2게이트 전압을 인가한다.Each gate driving means 130 is operated by the voltage generated in the secondary coil of the transformer 120, and when the voltage signal of the third polarity is output from both ends of the secondary coil of the transformer 120 A fourth polarity having a polarity opposite to the voltage signal of the third polarity from both ends of the secondary coil of the transformer 120, and applying a first gate voltage at which the semiconductor switch is switched on to the gate of the switch 140; When the voltage signal is output, the second gate voltage at which the semiconductor switch 140 is switched off is applied to the gate of the semiconductor switch 140.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 게이트구동수단(130)이 변압수단(120)을 통하여 인가되는 전원을 이용하여 동작을 하게 되므로, 종래 광 신호를 이용하는 경우에서와 같이 각 게이트구동수단(130)별로 별도의 전원을 필요로 하지 않는다는 장점이 있다.As described above, in the present invention, since the gate driving means 130 operates by using a power applied through the transformer means 120, the gate driving means 130 for each gate driving means 130 as in the case of using a conventional optical signal. The advantage is that no separate power supply is required.
반도체 스위치(140)는 게이트구동수단(130)에서 인가되는 전압에 따라 구동되어 스위치 온 또는 스위치 오프 되며 시스템 전원(191)에서부터 인가되는 전원을 부하(192)에 전달한다. 일반적으로 본 발명이 사용되는 시스템에서는 시스템 전원(191)이 120kV 또는 그 이상 되는 경우가 많기 때문에, 적은 수의 반도체 스위치만을 사용하는 경우에는 각각의 반도체 스위치에 과부하가 걸릴 위험이 크므로,반도체 스위치의 정격 용량에 따라 차이가 나겠지만, 보통 100 개 이상의 반도체 스위치를 직렬로 연결하여 사용하는 것이 바람직하다.The semiconductor switch 140 is driven according to the voltage applied from the gate driving means 130 to be switched on or off, and transfers the power applied from the system power supply 191 to the load 192. In general, since the system power supply 191 is often 120 kV or more in the system in which the present invention is used, there is a high risk of overloading each semiconductor switch when only a small number of semiconductor switches are used. It will vary depending on the rated capacity of, but it is usually preferable to connect more than 100 semiconductor switches in series.
반도체 스위치(140)에는 반도체 스위치(140)의 스위치 오프 시에 전류가 흐를 수 있는 경로가 없어지는 경우 스위치 양단에 큰 전압이 유기되어 소자가 파손되는 것을 방지하기 위하여 역으로 흐르는 전류의 경로(path)를 만들어주기 위한 프리휠링(free wheeling)다이오드(150)가 병렬로 연결되어 있으며, 소자에 서지 전압 또는 링잉 전압이 걸리는 것을 방지하기 위하여 스너버(160)가 병렬로 연결되어 있는 것이 바람직하다. 프리휠링다이오드(150)와 스너버(160)의 기능은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있는 사항이므로 여기서는 더 이상의 구체적인 설명은 생략한다.In the case where the path through which the current flows is lost when the semiconductor switch 140 is switched off, the semiconductor switch 140 has a path of current flowing backward to prevent the device from being damaged due to a large voltage induced across the switch. The free wheeling diode 150 is connected in parallel, and the snubber 160 is connected in parallel to prevent the surge voltage or the ringing voltage from being applied to the device. Since the functions of the freewheeling diode 150 and the snubber 160 are easily understood by those skilled in the art, further detailed description thereof will be omitted herein.
본 발명의 스위치 시스템에서는 또한 피어슨(Pearson) 전류센서(170)와 홀(Hall) 전류센서(180)를 이용하여 아크 전류가 발생하는 것을 감지하고 이를 이용하여 게이트제어수단(100)에서 출력되는 신호를 제어하여 부하 및 스위치를 보호하도록 하는 것이 바람직하다.The switch system of the present invention also detects the occurrence of the arc current using the Pearson (Pearson) current sensor 170 and the Hall (Hall) current sensor 180 and by using the signal output from the gate control means 100 It is desirable to control the control to protect the load and the switch.
본 발명의 고전압 스위치는 주로 고압 펄스파워 시스템에 사용되며, 부하는 대부분 강한 전계를 만드는 장치들이다. 따라서 초기 운전시작 및 운전 중에도 상시 아크가 발생할 수 있는 구조를 가지고 있으며 이때 빨리 부하와 전원을 분리하지 않으면 양쪽 모두 손상을 입게 된다. 또한 스위치 자체도 영향을 받게된다.The high voltage switches of the present invention are mainly used in high voltage pulse power systems, and the loads are mostly devices which make a strong electric field. Therefore, it has a structure that the arc can be generated even during the initial operation start and operation, and if both the load and the power is not disconnected quickly, both will be damaged. The switch itself is also affected.
피어슨 전류센서(170)는 아크 전류를 빠르게 검출하는 특성을 가지고 있어서 적합하지만, 빠른 응답특성을 갖는 전류 센서들이 대부분 그렇듯이 직류 전류는 검출하지 못하는 단점이 있다. 운전 중, 즉 전류가 흐르고 있는 상태에서의 아크전류가 발생하는 경우에는 피어슨(Pearson) 전류 센서(170)로는 아크전류의 크기를 예측하기가 불가능하여 검출하지 못하므로, 본 실시예에서는 홀(Hall) 전류 센서(180)를 피어슨 전류 센서(170)와 같이 사용하여 운전 중의 아크전류를 검출하도록 하였다.The Pearson current sensor 170 is suitable because it has a characteristic of quickly detecting the arc current, but as a current sensor having a fast response characteristics, there is a disadvantage that does not detect a direct current. In the present embodiment, when an arc current occurs while a current is flowing, since the magnitude of the arc current cannot be detected by the Pearson current sensor 170, the arc current cannot be detected. The current sensor 180 is used together with the Pearson current sensor 170 to detect the arc current during operation.
각 구성요소의 구체적인 실시예는 도 2를 이용하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예를 하나의 반도체 스위치를 중심으로 도시한 것이다.Specific embodiments of each component will be described with reference to FIG. 2. 2 illustrates an embodiment of the present invention centered on one semiconductor switch.
먼저, 본 발명의 스위칭수단(110)은 제1스위치(111), 제2스위치(112), 제3스위치(113), 제4스위치(114) 및 직류전원공급수단(115)를 포함하여 구성되며, 본 실시예에서 각 스위치는 N 채널 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)으로 구현된다.First, the switching means 110 of the present invention comprises a first switch 111, the second switch 112, the third switch 113, the fourth switch 114 and the DC power supply means 115 In this embodiment, each switch is implemented with an N-channel MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).
게이트제어수단(100)은 반도체 스위치(140)를 스위치 온 시키고자 하는 경우에는 제1스위치(111) 및 제2스위치(112)의 게이트에 제어신호를 입력하고, 반도체 스위치(140)를 스위치 오프 시키고자 하는 경우에는 제3스위치(113) 및 제4스위치(114)의 게이트에 제어신호를 입력한다.When the gate control means 100 switches on the semiconductor switch 140, the gate control means 100 inputs a control signal to the gates of the first switch 111 and the second switch 112, and switches off the semiconductor switch 140. In this case, a control signal is input to the gates of the third switch 113 and the fourth switch 114.
본 실시예에서 제어신호는 게이트제어수단(100)에서 발생하는 1 MHz의 고주파 신호로 N 채널 MOSFET의 게이트에 입력되어 MOSFET을 동일한 주파수로 온 오프 시키는 신호이다.In the present embodiment, the control signal is a high frequency signal of 1 MHz generated by the gate control means 100 and is input to the gate of the N-channel MOSFET to turn the MOSFET on and off at the same frequency.
제1스위치(111) 및 제2스위치(112)의 게이트에 제어신호가 입력되어 제1스위치(111) 및 제2스위치(112)가 턴온 되면, 변압수단(120)의 1차 코일(121)의 양 단자에는 VDC의 전압이 걸리게 되고, 제3스위치(113) 및 제4스위치(114)의 게이트에 제어신호가 입력되어 제3스위치(113) 및 제4스위치(114)가 턴온 되면 변압수단(120)의 1차 코일(121)의 양 단자에는 -VDC/2의 전압이 걸리게 된다.When the control signal is input to the gates of the first switch 111 and the second switch 112 and the first switch 111 and the second switch 112 are turned on, the primary coil 121 of the transformer means 120. A voltage of V DC is applied to both terminals of the control circuit. When a control signal is input to the gates of the third switch 113 and the fourth switch 114, the voltage is changed when the third switch 113 and the fourth switch 114 are turned on. Both terminals of the primary coil 121 of the means 120 are subjected to a voltage of -V DC / 2.
본 실시예에서 VDC를 400V라고 하면, 반도체 스위치(140)을 스위치 온 시키는 제어신호가 입력될 때에는 0에서 400V, 1MHz의 구형파가 150kV의 절연 내압을 갖는 고주파 변압기(120)의 1차 코일(121)에 인가되고, 반도체 스위치(140)을 스위치 오프 시키는 제어신호가 입력될 때에는 0에서 -200V, 1MHz의 구형파가 150kV의 절연 내압을 갖는 고주파 변압기(120)의 1차 코일(121)에 인가되며, 유도기전력에 의하여 2차 코일(122)로 전달되게 된다.In the present embodiment, when V DC is 400 V, when a control signal for switching on the semiconductor switch 140 is input, the primary coil of the high frequency transformer 120 having a square wave of 0 to 400 V and 1 MHz has an insulation withstand voltage of 150 kV ( 121, and when a control signal for switching off the semiconductor switch 140 is input, a square wave of 0 to -200 V and 1 MHz is applied to the primary coil 121 of the high frequency transformer 120 having an insulation withstand voltage of 150 kV. The second coil 122 is transferred to the secondary coil 122 by the induced electromotive force.
여기서, 변압수단(120)의 코아는 우수한 고주파 성능을 가지며 높은 자속밀도를 가지는 비결정질(amorphous) 합금을 사용하는 것이 바람직하며, 누설 인덕턴스를 최소화하기 위하여 최소의 권선수를 갖도록 설계되는 것이 바람직하다.Here, the core of the transformer means 120 is preferably to use an amorphous alloy having excellent high frequency performance and high magnetic flux density, and is preferably designed to have a minimum number of turns in order to minimize leakage inductance.
본 실시예에서 변압수단(120)의 2차 코일(122)은 양 단자(122-1, 122-2)로 동일한 위상의 신호가 출력되도록 구성되어 있으며, 도 3은 2차 코일(122)로부터 출력되는 신호의 전압을 도시한 것이다. 도 3에서. 양의 전압을 갖는 구형파가 출력되는 구간은 반도체 스위치(140)가 스위치 온 되는 구간이고, 음의 전압을 갖는 구형파가 출력되는 구간은 반도체 스위치(140)가 스위치 오프 되는 구간을 나타낸다.In the present embodiment, the secondary coil 122 of the transformer means 120 is configured to output signals of the same phase to both terminals 122-1 and 122-2, and FIG. The voltage of the output signal is shown. In FIG. A section in which the square wave having a positive voltage is output is a section in which the semiconductor switch 140 is switched on, and a section in which a square wave having a negative voltage is output is a section in which the semiconductor switch 140 is switched off.
2차코일(122)의 제1단자(122-1)에서 출력되는 신호는 제1다이오드(131)에 입력되고, 2차코일(122)의 제2단자(122-2)에서 출력되는 신호는 제2다이오드(132)에 입력되어, 제1다이오드(131)를 통해서는 양의 전압을 가지는 신호만이 출력되고, 제2다이오드(132)를 통해서는 음의 전압을 가지는 신호만이 출력되게 된다.The signal output from the first terminal 122-1 of the secondary coil 122 is input to the first diode 131, and the signal output from the second terminal 122-2 of the secondary coil 122 is Only a signal having a positive voltage is input to the second diode 132 and is output through the first diode 131, and only a signal having a negative voltage is output through the second diode 132. .
제1다이오드(131) 또는 제2다이오드(132)를 통하여 출력되는 신호는 캐피시터(133)를 충전시키게 되며, 충전된 전압이 캐피시터(133)의 양단에 걸리게 된다.The signal output through the first diode 131 or the second diode 132 charges the capacitor 133, and the charged voltage is applied to both ends of the capacitor 133.
2차코일(122)을 통하여 양의 전압을 가지는 신호가 출력되는 경우, 2차코일(122)의 제2단자(122-2)로부터 출력되는 신호는 제2다이오드(132)에 의해 차단되고, 제1단자(122-1)로부터 출력되는 신호는 제1다이오드(131)를 통하여 캐피시터(133)를 충전시키며, 캐피시터(133)의 양단자 중 제1스위치수단(135)의 소스에 연결된 노드 쪽에 고전압, 제2스위치수단(136)의 소스에 연결된 노드 쪽에 저전압이 충전된다.When a signal having a positive voltage is output through the secondary coil 122, a signal output from the second terminal 122-2 of the secondary coil 122 is blocked by the second diode 132. The signal output from the first terminal 122-1 charges the capacitor 133 through the first diode 131, and is connected to a node connected to the source of the first switch means 135 of both terminals of the capacitor 133. High voltage, a low voltage is charged to the node side connected to the source of the second switch means (136).
본 실시예에서 제1스위치수단(135) 및 제2스위치수단(136)는 P 채널 MOSFET이며, 위의 예에서 제1스위치수단(135)의 경우 캐피시터(133)의 양단에 걸리는 전압이 문턱전압 이상인 경우 소스에 걸리는 전압이 게이트에 걸리는 전압보다 문턱전압 이상 높아지게 되므로 소스에 입력된 신호를 전송하여 반도체 스위치(140)의 게이트에 전달하게 되고, 제2스위치수단(136)의 경우 게이트에 걸리는 전압이 소스에 걸리는 전압보다 높게 되어 소스로 입력된 신호를 차단하게 된다.In the present embodiment, the first switch means 135 and the second switch means 136 are P-channel MOSFETs. In the above example, in the case of the first switch means 135, the voltage across the capacitor 133 is the threshold voltage. In this case, the voltage applied to the source becomes higher than the voltage applied to the gate, so that the signal input to the source is transmitted to the gate of the semiconductor switch 140, and in the case of the second switch means 136, the voltage applied to the gate. It will be higher than the voltage across this source, blocking the signal input to the source.
그 결과 반도체 스위치(140)의 게이트에 반도체 스위치(140)의 소스보다 문턱전압 이상 높은 전압이 걸리게 되며, 반도체 스위치(140)는 스위치 온 되어 시스템 전원(191)으로부터 전달되는 에너지를 부하(192)에 전달하게 된다.As a result, a voltage higher than a threshold voltage is applied to the gate of the semiconductor switch 140, and the semiconductor switch 140 is switched on to load the energy transferred from the system power supply 191 to the load 192. Will be delivered to
반대로, 2차코일(122)을 통하여 음의 전압을 가지는 신호가 출력되는 경우, 2차코일(122)의 제1단자(122-1)로부터 출력되는 신호는 제1다이오드(131)에 의해 차단되고, 제2단자(122-2)로부터 출력되는 신호는 제2다이오드(132)를 통하여 캐피시터(133)를 충전시키며, 캐피시터(133)의 양단자 중 제1스위치수단(135)의 소스에 연결된 노드 쪽에 저전압, 제2스위치수단(136)의 소스에 연결된 노드 쪽에 고전압이 충전된다.On the contrary, when a signal having a negative voltage is output through the secondary coil 122, the signal output from the first terminal 122-1 of the secondary coil 122 is blocked by the first diode 131. The signal output from the second terminal 122-2 charges the capacitor 133 through the second diode 132, and is connected to the source of the first switch means 135 of both terminals of the capacitor 133. A low voltage is charged at the node side, and a high voltage is charged at the node side connected to the source of the second switch means 136.
위의 예에서 제1스위치수단(135)의 경우 소스에 걸리는 전압이 게이트에 걸리는 전압보다 낮아지게 되어 소스로 입력된 신호를 스위치 오프시켜 차단하게 되고, 제2스위치수단(136)의 경우 캐피시터(133)의 양단에 걸리는 전압이 문턱전압 이상인 경우 소스에 걸리는 전압이 게이트에 걸리는 전압보다 문턱전압 이상 높아지게 되므로 소스로 입력된 신호를 반도체 스위치(140)의 소스에 전달하고 제2저항(139)에 의해 전압강하된 전압의 신호를 반도체 스위치(140)의 게이트에 전달하게 된다.In the above example, in the case of the first switch means 135, the voltage applied to the source becomes lower than the voltage applied to the gate, so that the signal input to the source is switched off and blocked, and in the case of the second switch means 136, the capacitor ( If the voltage across both ends of the 133 is greater than or equal to the threshold voltage, the voltage applied to the source becomes higher than or equal to the voltage applied to the gate. Therefore, the signal input to the source is transmitted to the source of the semiconductor switch 140 and the second resistor 139 The signal of the voltage dropped by the voltage is transferred to the gate of the semiconductor switch 140.
그 결과 반도체 스위치(140)의 소스에 반도체 스위치(140)의 게이트보다 높은 전압이 걸리게 되어 반도체 스위치(140)는 스위치 오프 되고, 시스템 전원(191)으로부터 부하(192)에 전달되는 에너지를 차단하게 된다.As a result, the source of the semiconductor switch 140 is subjected to a higher voltage than the gate of the semiconductor switch 140 so that the semiconductor switch 140 is switched off, to cut off the energy transferred from the system power supply 191 to the load 192. do.
도 4는 도 3과 같은 신호가 2차코일(122)의 양단으로 출력되는 경우 반도체 스위치(140)의 게이트와 소스 사이에 걸리는 전압을 도시한 것이다. 반도체 스위치(140)에 입력되는 신호가 도 3에 도시된 구형파의 변화에 얼마나 민감하게 따라 변화하는지 여부는 캐피시터(133) 및 제1저항(134)에 의하여 결정되는 시정수에 따르게 된다.FIG. 4 illustrates a voltage applied between a gate and a source of the semiconductor switch 140 when a signal as shown in FIG. 3 is output to both ends of the secondary coil 122. Whether or not the signal input to the semiconductor switch 140 changes depending on the change in the square wave shown in FIG. 3 depends on the time constant determined by the capacitor 133 and the first resistor 134.
도 5는 반도체 스위치를 통하여 흐르는 전류의 파형을 도시한 것이고, 도 6은 반도체 스위치의 양단에 걸리는 전압의 파형을 도시한 것이다. 반도체 스위치(140)가 온 되면 전류가 흐르게 되고, 반도체 스위치(140) 양 단의 전압차이는 없게 되며, 반도체 스위치(140)가 오프되면 전류는 흐르지 않게 되고 양 단에 전압차가 발생하게 된다.FIG. 5 illustrates waveforms of current flowing through the semiconductor switch, and FIG. 6 illustrates waveforms of voltages across the semiconductor switches. When the semiconductor switch 140 is turned on, current flows, and there is no voltage difference across both ends of the semiconductor switch 140. When the semiconductor switch 140 is turned off, no current flows and a voltage difference occurs at both ends.
한편, 반도체 스위치(140)를 포함한 각 MOSFET 스위치에는 스위치 오프시에 역으로 흐르는 전류의 경로(path)를 만들어주기 위한 프리휠링다이오드(116, 117, 118, 119, 137, 138, 150)가 병렬로 연결되어 있으며, 반도체 스위치(140)에는 서지 전압 또는 링잉 전압을 방지하기 위하여 저항(R), 캐패시터(C), 다이오드(D)로 구성된 RCD 스너버(160)가 병렬로 연결되는 것이 바람직하다.On the other hand, in each MOSFET switch including the semiconductor switch 140, freewheeling diodes 116, 117, 118, 119, 137, 138 and 150 for creating a path of current flowing backward when the switch is turned off are parallel. In order to prevent a surge voltage or a ringing voltage, an RCD snubber 160 including a resistor R, a capacitor C, and a diode D is preferably connected in parallel to the semiconductor switch 140. .
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 중심으로 하여 본 발명을 설명하였다. 그러나, 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자유로이 변형될 수 있는 범위를 포함하며, 하기의 특허청구범위에 의하여 그 권리범위가 정하여진다.The present invention has been described above with reference to the preferred embodiments of the present invention. However, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes a range that can be freely modified by those skilled in the art, and according to the claims below The scope of rights is determined.
예를 들어, 상기한 실시예에서는 반도체 스위치를 N 채널 MOSFET을 이용하였지만, P 채널 MOSFET을 이용해서도 동일한 효과를 발생시킬 수 있다. 이 때에는 시스템 전원(191)에서 공급되는 전압의 극성이 반대가 되어야 하고, 변압수단(120)의 2차코일(122)의 양단으로 출력되는 신호가 음의 전압을 나타내는 신호일 때 반도체 스위치(140)가 온 되게 될 것이다.For example, in the above-described embodiment, the N-channel MOSFET is used as the semiconductor switch, but the same effect can be produced even by using the P-channel MOSFET. At this time, the polarity of the voltage supplied from the system power supply 191 should be reversed, and the semiconductor switch 140 when the signal output from both ends of the secondary coil 122 of the transformer 120 is a signal indicating a negative voltage. Will come on.
그 밖에, 게이트구동수단(130)에서 스위치 역할을 하는 각 MOSFET 들도 각각 동일한 기능을 수행하는 스위치 소자로 치환될 수 있을 것이다. 즉, 제1스위치수단(135)은 변압 수단(120)의 2차 코일(122)로부터 출력되는 신호가 양의 전압 또는 제1극성의 전압인 경우 입력된 신호를 반도체 스위치(140)의 게이트에 전달하는 스위치 소자로 치환되고, 제2스위치수단(136)은 변압수단(120)의 2차코일(122)로부터 출력되는 신호를 반전시켜 반전시킨 신호가 양의 전압 또는 제1극성의 전압인 경우 그 신호를 반도체 스위치(140)의 소스에 전달하는 스위치 소자로 치환되는 것도 또한 가능하다.In addition, each MOSFET serving as a switch in the gate driving means 130 may be replaced with a switch element that performs the same function. That is, the first switch means 135 transmits the input signal to the gate of the semiconductor switch 140 when the signal output from the secondary coil 122 of the transformer 120 is a positive voltage or a first polarity voltage. When the second switch means 136 is replaced by a transfer switch element, the second switch means 136 by inverting the signal output from the secondary coil 122 of the transformer means 120 is a positive voltage or a voltage of a first polarity It is also possible to substitute the switch element for transmitting the signal to the source of the semiconductor switch 140.
기타, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변화될 수 있는 모든 기술 범위를 포함한다.In addition, the present invention includes all technical ranges that can be easily changed by those skilled in the art within the technical scope of the present invention.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 각각의 게이트 구동수단에 공급되는 바이어스 전원을 위한 부가적인 회로를 없애면서도 +/-의 게이팅 전압을 가질 수 있어 소형화 및 안정화가 가능하고, 게이트 구동회로의 응답지연시간을 최대한 줄일 수 있는 고압 스위칭 시스템의 구동 시스템이 제공된다As described above, according to the present invention, it is possible to have a gating voltage of +/- while eliminating an additional circuit for the bias power supplied to each gate driving means, thereby miniaturizing and stabilizing the response of the gate driving circuit. Drive system of high pressure switching system is provided to minimize delay time
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020030047715A KR100581490B1 (en) | 2003-07-14 | 2003-07-14 | System for driving high power switching system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020030047715A KR100581490B1 (en) | 2003-07-14 | 2003-07-14 | System for driving high power switching system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20050008038A true KR20050008038A (en) | 2005-01-21 |
| KR100581490B1 KR100581490B1 (en) | 2006-05-22 |
Family
ID=37221333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020030047715A KR100581490B1 (en) | 2003-07-14 | 2003-07-14 | System for driving high power switching system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100581490B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100710466B1 (en) * | 2006-06-09 | 2007-04-24 | (주)디라직 | Snubber driving circuit using the high power filed effect transistor |
| KR101321753B1 (en) * | 2011-07-15 | 2013-10-28 | 전력품질기술주식회사 | Drive of High-voltage semiconductor device |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7508096B1 (en) | 2007-09-20 | 2009-03-24 | General Electric Company | Switching circuit apparatus having a series conduction path for servicing a load and switching method |
-
2003
- 2003-07-14 KR KR1020030047715A patent/KR100581490B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100710466B1 (en) * | 2006-06-09 | 2007-04-24 | (주)디라직 | Snubber driving circuit using the high power filed effect transistor |
| KR101321753B1 (en) * | 2011-07-15 | 2013-10-28 | 전력품질기술주식회사 | Drive of High-voltage semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100581490B1 (en) | 2006-05-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9755630B2 (en) | Solid-state circuit breakers and related circuits | |
| US6614281B1 (en) | Method and device for disconnecting a cascode circuit with voltage-controlled semiconductor switches | |
| US6172550B1 (en) | Cryogenically-cooled switching circuit | |
| US7660137B1 (en) | High-voltage modulator system | |
| US6900557B1 (en) | High power modulator | |
| CN108141209B (en) | Circuit for isolating load from source | |
| JP6198828B2 (en) | Semiconductor switch circuit | |
| CN111937110B (en) | Switching device | |
| US7072196B1 (en) | Multi-stage high voltage solid state switch | |
| US10937612B2 (en) | DC voltage switch | |
| US20030197533A1 (en) | Gate driver for MOS control semiconductor devices | |
| JP2019115030A (en) | Current breaker | |
| JP2011055597A (en) | Switching element driving circuit and power converter | |
| KR100581490B1 (en) | System for driving high power switching system | |
| CN110752739B (en) | Power equipment driving device | |
| JP4003833B2 (en) | Driving circuit for electric field control type semiconductor device | |
| US11888411B2 (en) | Power conversion device | |
| EP2582047B1 (en) | Matrix-stages solid state ultrafast switch | |
| JP7052757B2 (en) | Switch drive | |
| JP6455793B2 (en) | Power converter and power conditioner using the same | |
| Qawasmi et al. | The diode-assisted gate-commutated thyristor—Operation, design, and testing | |
| WO2021111823A1 (en) | Gate drive circuit and power conversion device | |
| JP2002530823A (en) | Protection system in power modulator to protect connected load | |
| JP6447944B2 (en) | Power converter and power conditioner using the same | |
| JP3558324B2 (en) | Gate drive device of voltage drive type device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130507 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140513 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150512 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160504 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170510 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180504 Year of fee payment: 13 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |