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2019.03.20 Si 파워 디바이스

실제 동작에서의 적합성 확인과 준비

실제 동작에서 트랜지스터의 적합성 확인

이번에는, 새로운 주제로서 「실제 동작에서의 적합성 확인」에 대해 알아보겠습니다. 통상적으로 회로 설계에서는 해당 회로에 대한 요구 사항을 바탕으로, 데이터시트의 사양을 참조하여 대응 가능한 트랜지스터를 선택합니다. 하지만, 실제 프로토타입을 제작해 보면, 회로도에서는 예측할 수 없었던 과도현상이 발생하거나, 예상보다 편차가 크거나, 마진이 부족한 경우가 있을 수 있습니다. 물론, 이러한 상황을 확인하기 위해 프로토타입을 제작하는 것이지만, 어쨌든 선택한 트랜지스터가 실제 동작에서 적절한지 아닌지를 판단할 필요가 있습니다. 본 편에서는, 선택한 트랜지스터의 실제 사용 시 문제 여부에 대해 확인하는 방법을 설명하겠습니다.

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실제 동작에서의 적합성 확인

우측의 순서도는 실제 동작 시, 선택한 트랜지스터의 문제 여부를 판단하기 위한 플로우차트입니다. 스위칭 회로를 전제로 하였으므로, ⑤는 「연속 펄스」를 선택합니다.

  • ①실제 전류 ・ 전압 파형 측정
  • ②절대 최대 정격 이내인지 확인
  • ③SOA (안전 동작 영역) 이내인지 확인
  • ④사용 주위 온도에서 마진 확보한
    SOA 이내인지 확인
  • ⑤연속 펄스 (스위칭 동작)
  • ⑥평균 소비전력이 정격전력 이내인지 확인
  • ⑦칩 온도 확인

또한, 차트에는 없지만 만약을 대비하여 ⑦단계로서, 「트랜지스터 칩의 온도 확인」을 추가합니다.

①실제의 전류 ・ 전압 파형 측정

상기의 각 사항을 확인하기 앞서, 먼저 트랜지스터가 회로 동작에서 어떠한 전압과 전류를 취급하는지 확인할 필요가 있습니다. 여기에서는 스위칭 회로를 예로 들었습니다. 트랜지스터는 이전에 설명했던, Low noise Super Junction MOSFET : EN 시리즈R6020ENZ (600V, 20A, 0.17Ω, TO-3PF)입니다.

구체적으로는 오실로스코프를 이용하여 파형 데이터를 측정합니다. 하기는 R6020EZN의 스위칭 동작의 전체 파형입니다.

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또한, 나중에 스위칭 시의 전력 손실을 계산하기 위해, ON / OFF 전환 시의 확대 파형 데이터도 측정합니다. 여기에서는 하기와 같이 ID, VDS, VGS, 전력의 각 파형을 측정하였습니다. 파형은, ON, OFF, 각각의 전환 파형이 필요합니다.

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다음에는, 이러한 파형을 바탕으로 최대 정격 범위 이내인지 확인해 보겠습니다.

키 포인트

・기본적으로 프로토타입 제작 시, 선택한 트랜지스터가 실제 동작에서 사용 가능한지 확인이 필요하다.

・확인을 위해, 트랜지스터가 취급하는 전압과 전류 데이터를 측정한다.

실리콘 파워 디바이스의 특징을 활용한 어플리케이션 사례