SiC 파워 디바이스|응용편

스너버 회로의 종류와 선정

2024.09.25

키 포인트

・스너버 회로가 충분한 효과를 발휘하기 위해서는 최대한 스위칭 디바이스에 가깝게 실장해야 한다.

・스너버 회로에는 R, L, C 등의 수동 부품을 조합한 회로 및 반도체 디바이스를 사용한 액티브 회로가 있다.

・본 테마에서는 제어가 필요없고 비용적으로도 유리한 회로 방식으로서 C 스너버 회로, RC 스너버 회로, 방전형 RCD 스너버 회로, 비방전형 RCD 스너버 회로에 대해 소개할 예정이다.

이번에는 두번째 항목인 「스너버 회로의 종류와 선정」에 대해 설명하겠습니다.

SiC MOSFET : 스너버 회로의 종류와 선정

스너버 회로에는 저항이나 코일 및 콘덴서와 같은 수동 부품을 조합한 회로 및 반도체 디바이스를 사용한 액티브 회로가 있습니다 (*1). 본 편에서는 제어가 필요없고 비용 면에서도 유리한 회로 방식에 대해 설명하겠습니다.

그림 5는 스너버 회로의 예입니다. 브릿지 구성인 SiC MOSFET의 상하에 일괄하여 콘덴서 CSNB를 접속하는 (a) C 스너버 회로, 각 스위칭 디바이스의 드레인 – 소스 사이에 저항 RSNB와 콘덴서 CSNB를 접속하는 (b) RC 스너버 회로, RC 스너버 회로에 다이오드를 추가한 (c) 방전형 RCD 스너버 회로, RCD 스너버 회로의 방전 경로를 변경한 (d) 비방전형 RCD 스너버 회로가 있습니다.

SiC MOSFET : 스너버 회로의 종류와 선정

이러한 스너버 회로가 충분한 효과를 발휘하기 위해서는 최대한 스위칭 디바이스에 가깝게 실장해야 합니다.

(a) C 스너버 회로는 부품수가 적지만, 브릿지 구성의 상하 사이에 접속해야 하므로, 배선이 길어지는 단점이 있어 디스크리트 구성보다 2 in 1 구성 등의 모듈에서 사용되는 경우가 많습니다.

(b) RC 스너버 회로는 각 스위칭 디바이스의 근접부에 스너버 회로를 배치할 수 있지만, 디바이스가 Turn-on할 때마다 CSNB에 축적된 에너지를 모두 RSNB에서 소비해야 합니다 (브릿지 구성의 경우, 동기 측은 데드타임 구간 중에 CSNB에 축적된 에너지가 회수됩니다). 따라서, 스위칭 주파수가 높아지면 RSNB에서 소비되는 전력은 수W에 이르게 되어 CSNB를 그다지 크게 할 수 없어 서지 억제 효과가 한정적인 방식입니다. 또한, RSNB에 의해 서지 흡수 능력이 제한되어, 억제 효과도 한정적입니다.

(c) 방전형 RCD 스너버 회로의 경우, RSNB에서 소비하는 전력은 (b) RC 스너버 회로와 동일하지만, 서지는 다이오드만을 경유하여 흡수되므로 (b)보다 서지 흡수 효과가 높아 실용적입니다. 단, 사용하는 다이오드의 리커버리 특성에 대한 주의가 필요하며, 서지 흡수 시의 전류 변화가 크므로 스너버 회로의 배선 인덕턴스를 최대한 작게 억제하는 등의 대책이 필요합니다. RSNB는 CSNB와 병렬로 접속해도 동작 상으로는 동일해집니다.

(d) 비방전형 RCD 스너버 회로는 CSNB에서 흡수한 서지 에너지만을 RSNB에서 소비하며, CSNB에 축적된 에너지 전부를 스위칭할 때마다 방전하지 않습니다. 따라서, 스위칭 주파수가 고속화 되어도 RSNB의 소비전력은 그다지 커지지 않아, CSNB를 크게 할 수 있기 때문에 억제 효과가 매우 높은 회로를 실현할 수 있습니다. 단, 배선 레이아웃이 복잡해지기 때문에 4층 이상의 기판이 아니라면 실현하기는 매우 어렵습니다.

지금까지 소개한 스너버 회로에는 장단점이 있으므로, 전원 회로의 구성이나 변환 전력 용량에 따라 최적의 스너버 회로를 선택해야 합니다. 다음 편부터는 각 스너버 회로의 설계 방법에 대해 설명하겠습니다.

*1 : 「스위칭 컨버터의 기초」 P95~P107 K. Harada, T. Ninomiya, W. Gu, CORONA PUBLISHING CO., LTD., Feb. 1992

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