전력용 반도체 스위치의 드라이버 내의 신호 전압 전송을 위한 회로 및 방법 document_id A220623110715

구동을 위해, 전력용 반도체 스위치는 소위 드라이버를 필요로 한다. 이러한 드라이버는 1차측과 그 전위에 관하여 1차측으로부터 한계 설정된 2차측을 갖는다. 1차측 상에서, 1차측과 함께 예를 들어 기준 전위로서 설비 접지(installation earth)를 갖는 예컨데 표준 5V 논리 회로에 의해 전력용 반도체 스위치에 대한 스위치 온/오프 신호의 형태를 가진 신호 전압이 드라이버로 공급된다. 기준 전위를 이용하여, 2차측 및 그에 따른 반도체 스위치는 설비 접지보다 예를 들어 10V 큰 전력용 반도체 스위치의 전위에 있게 된다. 반도체 스위치의 스위칭 작동 중에, 특히, 2차측 및 반도체 스위치의 기준 전위는 상하로 크게 변동될 수 있다. 결과적으로, 1차측과 2차측간에 전위차가 존재한다. 예를 들어, 지게차 내에 사용되는 저전력급(lower power classes)의 전력용 반도체 스위치의 경우에, 1차측과 2차측 사이의 최대 전위차는 예를 들어 이 경우 200V이다. 반도체 스위치를 직접 구동하기 위해, 1차측 상에 이용 가능한 것보다 (더 강력하고 예를 들어 더 높은) 스위칭 전압이 2차측에 이용 가능하다. 스위칭 신호 또는 그에 따른 스위칭 전압이 전송되어야 하고, 필요하다면 1차측으로부터 2차측으로, 즉 전위 한계값을 가로질러, 드라이버 내에서 증폭되거나 수정되어야 한다. 이를 위해 다양한 해결책이 공지되어 있다. 변압기를 매개로 한 전력 펄스에 의한 구동 전력의 직접적인 전송이 공지되어 있으며, 즉 변압기에 의해 1차측으로부터 2차측으로 스위칭 신호 그 자체가 전송되는 것이 공지되어 있다. 이 경우에, 2차측 스위칭 입력, 즉 예를 들어 전력용 반도체 스위치의 게이트가 예를 들어 변압기 출력에 직접 연결된다. 2차측 에지 저장 유닛(edge storage unit)에 관련된 구동 펄스의 변압기 기반 전송도 또한 공지되어 있다. 이는 예를 들어 신호의 각각의 상태 변화(Hi-Lo 또는 Lo-Hi)를 위한 미분기(differentiator)로서의 커패시터를 매개로 스위칭 상태 Hi 및 Lo를 갖는 1차측 논리 신호로부터 생성되는 상이한 극성을 갖는 펄스를 포함한다. 펄스는 RF 변압기를 매개로 1차측으로부터 2차측으로 전송된다. 2차측 상에는 예를 들어 플립플롭(flip-flop) 형태인 에지 저장 유닛이 위치하고 있으며, 에지 저장 유닛은 하나의 극성의 펄스들에 의해 설정되고 나머지 하나의 극성의 펄스들에 의해 지워지며, 그에 따라 입력 신호에 상응하는 논리 신호를 제공한다. 그러므로 이러한 경우에 스위칭 신호 그 자체보다는 상기 신호의 오직 상태 변화만 변압기를 매개로 전송되며, 전력용 반도체 스위치의 스위칭 상태, 즉 온 또는 오프가 2차측 에지 저장 유닛에 저장된다. 출력측 에지 저장 유닛을 이용한 펄스의 전기 용량성(capacitive) 전송도 또한 공지되어 있다. 이는 각각의 상태 변화에 대해 전술한 논리 신호로부터 생성된 상이한 극성을 갖는 전류 펄스를 포함한다. 펄스는 또다른 커패시터 또는 전술한 커패시터를 매개로 1차측으로부터 2차측으로 전송된다. 전술한 에지 저장 유닛은 전류 펄스를 매개로 또는 상기 펄스에 의해 저항에서 생성된 각각의 전압 강하를 매개로 전술한 것에 상응하는 방식으로 구동된다. 마지막으로, 2차측 플립플롭 저장 유닛을 이용한 전압 및/또는 전류 펄스의 전송이 공지되어 있으며, 이는 전술한 논리 신호로부터 전류 펄스를 생성하는 것을 포함하고, 이러한 전류 펄스는 고전압 트랜지스터를 매개로 2차측으로 전송되며, 또한 예를 들어 전술한 플립플롭을 다시 구동시킨다. 예를 들어 주파수 부호화의 도움으로 스위칭 펄스를 부호화하는 것과 2차측 또는 출력측 상에서 그들을 복호화하는 것도 또한 공지되어 있다. 이러한 경우에, 예를 들어 상이한 주파수를 갖는 펄스들이 부호화 유닛을 매개로 신호의 논리 상태 또는 상태 변화에 따라 전술한 논리 신호로부터 생성된다. 출력측으로의 펄스들의 전송이 RF 변압기를 매개로 다시 한 번 달성된다. 그 이후에 2차측 상에 복호화 논리부가 다시 한 번 위치되며, 이러한 복호화 논리부는 예를 들어 상이한 주파수를 갖는 펄스들에 의해 설정 및 재설정되고, 그에 따라 전술한 출력 신호를 다시 한 번 제공한다. 공지된 해결책들은 모두 단점을 갖는다. 변압기 기반 전송 형태는 대개 큰 수치 공차에 의해 시달리게 되는 큰 유도성(inductive) 구성 요소를 필요로 한다. 모든 펄스 전송 방법에 공통적인 것은 예를 들어 펄스 전송 동안에 간섭의 결과에 따른 펄스의 잘못된 전송이 전체 클록(clock) 지속 시간 동안, 즉 다음 펄스가 도착할 때까지, 전력용 반도체 스위치의 부정확한 스위칭 상태를 초래할 수 있다는 것이다. 2차측 상태 저장 유닛이 정확한 펄스 또는 정확한 정보에 의해 다시 정확한 스위칭 상태로 스위칭될 때까지 예를 들어 에지 저장 유닛 또는 플립플롭과 같은 2차측 상태 저장 유닛은 항상 간단한 간섭의 결과로서 이러한 상태 저장 유닛의 구동 시 및 상태 저장 유닛 그 자체 내에 전력용 반도체 스위치의 장기적인 잘못된 스위칭 상태가 발생하는 위험을 포함한다.