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2021.03.24 Si 파워 디바이스

더블 펄스 시험을 통한 리커버리 특성 평가

더블 펄스 시험을 통한 MOSFET의 리커버리 특성 평가

이번 편에서는 몇가지 종류의 MOSFET를 사용한 더블 펄스 시험의 결과를 바탕으로, 리커버리 특성에 대해 설명하겠습니다. 평가를 위한 시험 회로는 지난 「더블 펄스 시험이란?」 편에서 게재한 기본 회로도를 사용하겠습니다. 또한, 확인을 위한 동작도 지난 편에서 설명한 내용을 바탕으로 하고 있으므로, 참조하여 주십시오.

더블 펄스 시험을 통한 리커버리 특성 평가

MOSFET의 리커버리 특성 평가를 위해, 4종류의 MOSFET를 사용하여 실제로 더블 펄스 시험을 실시하였습니다. MOSFET는 모두 Super Junction MOSFET (이하, SJ MOSFET)로, 고속 리커버리 타입과 기본 타입을 사용하여 비교하였습니다.

먼저, 고속 리커버리 특성을 지닌 SJ MOSFET R6030JNZ4 (PrestoMOS™)와 기본 특성을 지닌 SJ MOSFET R6030KNZ4의 시험 결과입니다. 두가지 모두 리커버리 특성 이외의 전기적 사양은 거의 동일하며, 시험에서는 Q1, Q2 모두 각각의 SJ MOSFET로 변경하였습니다.

그림 1은 지난 편에서 설명한 동작 ③에서 turn-on 시의 ID_L 파형이며, 그림 2는 turn-on 손실 Eon_L의 파형입니다.


그림 1 : 고속 리커버리 타입 PrestoMOS™와 일반 타입 SJ MOSFET의 드레인 전류 ID_L의 파형


그림 2 : 고속 리커버리 타입 PrestoMOS™와 일반 타입 SJ MOSFET의 전력 손실 Eon_L의 파형

그림 1에서는, 고속 리커버리 타입 R6030JNZ4 (PrestoMOS™)의 Q1의 리커버리 전류 Irr과 리커버리 전하 Qrr이 기본 타입의 R6030KNZ4보다 대폭 작다는 것을 알 수 있습니다.

그림 2에서는, Qrr이 큰 일반 타입의 turn-on 손실 Eon_L이 고속 리커버리 타입보다 크다는 것을 나타내며, 결과적으로 Q1의 Qrr이 크면 스위칭 손실이 증가한다는 것을 알 수 있습니다.

다음으로 동일한 조건에서의 고속 리커버리 타입 R6030JNZ4 (PrestoMOS™)를 고속 리커버리 타입의 다른 SJ MOSFET와 비교한 결과입니다. 그림 3은 그림 1과 같은 ID_L 파형의 비교, 그림 4는 그림 2와 같은 Eon_L의 비교입니다.


그림 3 : 고속 리커버리 타입 R6030JNZ4와, 다른 고속 리커버리 타입 SJ MOSFET의 드레인 전류 ID_L의 파형


그림 4 : 고속 리커버리 타입 R6030JNZ4와, 다른 고속 리커버리 타입 SJ MOSFET의 전력 손실 Eon_L의 파형

그림 3과 같이, R6030JNZ4 (PrestoMOS™)는 다른 고속 리커버리 타입의 SJ MOSFET보다 Irr과 Qrr이 작다는 점에서 ID_L의 피크가 작아지고, 그 결과 그림 4와 같이 Eon_L이 작다는 것을 알 수 있습니다.

이러한 결과에서, MOSFET의 바디 다이오드 특성에 있어서의 리커버리 전류 Irr과 리커버리 전하 Qrr을 낮게 억제한 MOSFET는 turn-on 손실 Eon_L이 작다는 것을 알 수 있습니다. 이는 고속 리커버리 타입끼리의 비교에서도 동일합니다. 따라서, 설계에 있어서 손실을 저감하고자 하는 경우에는 MOSFET의 리커버리 특성을 이와 같은 방법으로 평가하여, 최적의 MOSFET를 선택해야 합니다.

마지막으로 주의사항이 있습니다. 리커버리 특성이 고속인 MOSFET는 손실을 저감할 수 있다고 설명했지만, 리커버리 특성이 고속이어도 turn-on 손실을 저감할 수 없는 경우가 있습니다. 그 원인 중 하나는 셀프 turn-on이라는 현상입니다. 이는 MOSFET의 게이트 용량으로 인해 발생하는 현상입니다. 셀프 turn-on에 대해서는 다음 편에서 설명하겠습니다.

키 포인트

・MOSFET의 리커버리 전류 Irr과 리커버리 전하 Qrr을 낮게 억제한 MOSFET는 turn-on 손실 EON_L이 작다.

・이는 고속 리커버리 타입의 제품끼리 비교한 경우에도 동일하다.

・손실 저감을 위해서는 MOSFET의 리커버리 특성 평가가 중요하다.

・셀프 turn-on 현상으로 인해, 리커버리 특성이 고속이어도 turn-on 손실을 저감할 수 없는 경우가 있으므로 주의해야 한다.

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