SiC 파워 디바이스｜응용편
프로브 헤드부의 설치 위치
2024.07.24
키 포인트
・측정 위치와 더불어, 프로브 헤드의 설치 위치도 중요하다.
・자속 변화가 빠른 공간에 전압 프로브를 설치하면, 자속 변화의 영향을 받아 측정 파형에 중첩이 발생한다.
SiC MOSFET 게이트 – 소스 전압 측정 : 프로브 헤드부의 설치 위치
앞서 설명한 측정 위치 이외에 또 한가지 주의해야 하는 것은, 전압 프로브의 헤드부 설치 위치입니다.
일반적으로 파워 스위칭 디바이스가 사용되는 환경은 수십~수백 A의 전류가 고속으로 스위칭되는 환경이므로, 전류 변화 di/dt로 인해 발생하는 자속 변화 dΦ/dt도 매우 커지게 됩니다. 또한, 전압 변화 dv/dt도 매우 크고 전압이 매우 높기 때문에, 전압 변화 시에 흐르는 전류 변화도 결코 작지 않습니다.
이와 같이 자속 변화가 빠른 공간에 전압 프로브를 설치하게 되면, 프로브 헤드부가 자속 변화의 영향을 받아 측정 파형에 중첩이 발생하게 되는 경우가 있습니다. 하기와 같이 4종류의 설치 방법으로 스위칭 파형을 비교해 보겠습니다.
(a) 메인 회로 루프 안쪽
(b) 메인 회로 루프 바깥쪽의 근접부
(c) 연선 12cm + 메인 회로 루프의 바깥쪽
(d) 연선 12cm + 100Ω + 메인 회로 루프의 바깥쪽
그림 11은 (a)~(d)와 같이 프로브 헤드부 설치 위치의 차이점과 메인 회로 루프의 전류 경로를 화살표로 나타낸 이미지입니다.
그림 11. 프로브 헤드부의 설치 위치와 메인 회로 루프의 전류 경로
(a)는 프로브 헤드를 메인 회로 루프 안쪽에 설치하여 dΦ/dt가 가장 큰 위치, (b)는 메인 회로 루프의 바깥쪽에 설치했지만, 근접부이므로 비교적 dΦ/dt가 큰 위치에 설치한 예입니다. 그리고, (c)와 (d)는 연장 케이블로 메인 회로 루프에서 간격을 두어 dΦ/dt의 영향을 최대한 배제한 위치에 설치한 예로, 차이점으로는 (d)의 경우 100Ω의 댐핑 저항이 삽입되어 있습니다.
그림 12는 상기 4종류의 설치 방법에 따라 관측한 게이트 – 소스 전압 파형입니다.
그림 12. 프로브 헤드의 설치 위치에 따른 측정 파형의 차이
LS에 주목하면 자속 변화가 가장 큰 (a)에서 스위칭 동작과 동일한 타이밍에 서지가 발생하여, 복사 노이즈의 영향을 크게 받는 것을 알 수 있습니다. 또한, (c)는 연장 케이블의 인덕턴스로 인한 영향으로 (b)보다도 크게 변동합니다. 결과적으로 연장 케이블에 링잉을 억제하는 댐핑 저항 100Ω을 삽입한 (d)가 가장 변동이 적다는 것을 알 수 있습니다.
이 측정 예에서는 HS를 스위칭하기 때문에 LS의 게이트 전압은 항상 OFF 상태 (0V)가 됩니다. 따라서 게이트 단자로의 구동 전류는 전혀 흐르지 않아, 자속 변화의 영향을 받기 쉽습니다. 반면에 HS는 스위칭 동작 시에 SiC MOSFET의 게이트 단자에 구동을 위한 충전 전류가 흐르기 때문에 영향을 받기 어려워 LS만큼 파형이 불안정하지 않습니다.