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2021.03.24 Si 파워 디바이스

셀프 turn-on 발생 원리

더블 펄스 시험을 통한 MOSFET의 리커버리 특성 평가

더블 펄스 시험을 통한 리커버리 특성 평가」 편에서는 표준 타입과 고속 리커버리 특성을 지닌 SJ MOSFET의 더블 펄스 시험을 통해, 「브릿지 구성 회로에서는 리커버리 특성이 고속인 MOSFET를 사용함으로써 손실을 저감할 수 있다」는 점과, 「리커버리 특성이 고속이어도 turn-on 손실을 저감할 수 없는 경우가 있다」는 점에 대해 설명했습니다. 이번에는 그 원인 중 하나인 셀프 turn-on 현상에 대해 설명하겠습니다.

셀프 turn-on 현상이란?
셀프 turn-on은 MOSFET의 각 게이트 용량 (CGD, CGS) 및 RG로 인해 발생하는 현상으로, 2개의 MOSFET가 직렬로 접속된 브릿지 구성의 회로에서 스위칭 측의 MOSFET가 turn-on할 때, 본래 OFF 상태인 환류 측의 MOSFET에 의도하지 않은 turn-on이 발생하여, 관통 전류가 흐르게 되고 이로 인해 손실이 증대하는 현상입니다.

셀프 turn-on 발생 원리
하기 표는 「더블 펄스 시험이란」 편에서 게재한 것으로, 더블 펄스 시험의 기본 동작을 나타내고 있습니다.

동작 ②에서 동작 ③으로 전환될 때, High-side Q1의 드레인 – 소스간 전압 VDS_H는 0V → Vi로 급격하게 변화합니다. 이때 발생하는 dVDS_H/dt (단위 시간당 전압 변화)로 인해 CGD_H, CGS_H 및 RG_H에 전류가 흐르게 됩니다. 이러한 전류로 인해 CGS_H의 전압이 상승하여 VGS_H가 MOSFET의 게이트 임계치를 초과하게 되면, MOSFET에 의도하지 않은 turn-on이 발생합니다. 이러한 현상을 셀프 turn-on이라고 하며, 셀프 turn-on이 발생하면 High-side Q1과 Low-side Q2 사이에 관통 전류가 흐릅니다. 하기 그림은 바디 다이오드의 리커버리 전류와 셀프 turn-on 발생으로 인한 관통 전류를 나타낸 그림입니다.

인버터 회로 및 Totem Pole PFC 회로 등은 2개의 MOSFET가 직렬 접속된 브릿지 구성의 회로이므로, 리커버리 손실뿐만 아니라, 셀프 turn-on으로 인한 관통 전류로 인해 turn-on 손실이 증대하는 경우가 있습니다.

더블 펄스 시험을 통한 리커버리 특성 평가」 편에서 사용한 R6030JNZ4 (PrestoMOS™)는 다른 고속 리커버리 타입의 SJ MOSFET보다 turn-on 손실이 작다는 결과를 얻을 수 있었습니다. 이는 리커버리 특성이 우수할 뿐만 아니라, 각 게이트 용량의 비율을 최적화하여 셀프 turn-on을 억제할 수 있는 구조를 채용하고 있기 때문입니다.

키 포인트

・브릿지 회로에서의 셀프 turn-on이란, MOSFET의 급격한 VDS 변화로 인해 발생하는 VGS의 변동으로 인해 MOSFET가 의도하지 않게 turn-on하는 현상이다.

・셀프 turn-on으로 인해 관통 전류가 흐르면 turn-on 손실이 증가하므로, 리커버리 특성이 우수하더라도 원하는 만큼 손실을 저감할 수 없는 경우가 있다.

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