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2021.07.14 Si 파워 디바이스

정리

더블 펄스 시험을 통한 MOSFET의 리커버리 특성 평가

본 편을 마지막으로 「더블 펄스 시험을 통한 MOSFET의 리커버리 특성 평가」 편을 최종 정리하겠습니다.

인버터 회로나 Totem Pole 타입의 역률 개선 (PFC) 회로 등은 2개의 MOSFET가 직렬 접속된 브릿지 구성의 회로이므로, 상하 arm을 관통하는 전류로 인해 turn-on 손실이 증가하는 현상이 있습니다.

이러한 현상은 스위칭하는 MOSFET와 역 arm의 MOSFET가 지닌 바디 다이오드 (기생 다이오드)의 리커버리 특성에 크게 영향을 받으므로, 더블 펄스 시험을 이용하여 MOSFET 바디 다이오드의 리커버리 특성을 평가한 결과를 제시했습니다.

더블 펄스 시험에서는 2가지 관점으로 turn-on 손실을 비교 평가했습니다. 먼저, 일반적인 SJ MOSFET와 리커버리 특성이 고속인 SJ MOSFET, PrestoMOS™를 비교했습니다. 다음으로 메이커가 다른 고속 리커버리 SJ MOSFET를 비교했습니다.

이 평가에서는 하기와 같은 2가지 결과를 얻었습니다. Turn-on 손실 저감을 위해서는 MOSFET 바디 다이오드의 리커버리 특성 평가를 실시하여, 리커버리 특성이 우수한 MOSFET를 선정하는 것이 중요합니다.

  • 1. 일반적인 SJ MOSFET와 고속 리커버리 특성을 지닌 PrestoMOS™의 비교에서는, PrestoMOS™ 쪽이 turn-on 손실의 주요인인 리커버리 전류 Irr과 리커버리 전하 Qrr이 많이 작아, 스위칭 손실의 저감에 기여한다.
  • 2. 다른 메이커의 고속 리커버리 SJ MOSFET의 비교에서는, 메이커에 따라 Irr과 Qrr에 차이가 있고, 평가를 실시한 3개 메이커 중에서는 PrestoMOS™가 우수하여, 스위칭 손실을 가장 많이 저감시킬 수 있다.

이와 더불어, 리커버리 특성이 고속이어도 turn-on 손실을 저감할 수 없는 경우와 그 요인이 되는 「셀프 turn-on」의 억제도 중요하다고 설명했습니다. 셀프 turn-on은 MOSFET의 각 게이트 용량 (CGD, CGS) 및 RG에서 기인하는 현상으로, 브릿지 구성에서 스위칭 측의 MOSFET가 turn-on 할 때, 본래 OFF 상태인 환류 측의 MOSFET에 의도하지 않은 turn-on이 발생하여, 관통 전류가 흐르게 되고 이로 인해 손실이 증가합니다.

하기 그림은 「셀프 turn-on 발생 원리」 편에서 게재한 것으로, 셀프 turn-on이 발생하면 바디 다이오드의 리커버리 전류와 더불어 더 큰 관통 전류가 흐르는 것을 나타낸 것입니다.

앞서 기술한 평가 결과 2와 같이, 다른 메이커의 고속 리커버리 SJ MOSFET 비교에서 PrestoMOS™의 turn-on 손실이 가장 작았던 것은, 리커버리 특성의 고속성과 더불어 각 게이트 용량비를 최적화하여 셀프 turn-on을 억제하도록 설계되어 있기 때문입니다.

따라서, 브릿지 회로의 스위칭 손실은 MOSFET 바디 다이오드의 리커버리 특성 (Irr과 Qrr)과 더불어, 셀프 turn-on으로 인한 관통 전류의 영향을 받기 때문에, 이 두가지를 모두 억제할 수 있는 MOSFET를 선택하는 것이 스위칭 손실 저감의 포인트입니다.

하기에 각 기사의 키포인트를 정리하였으므로, 참조하여 주십시오.

더블 펄스 시험이란?

  • ・더블 펄스 시험은 MOSFET 및 IGBT 등의 파워계 스위칭 소자의 특성을 평가하기 위해 널리 사용되는 시험 방법이다.
  • ・대상이 되는 소자의 스위칭 특성뿐만 아니라, 바디 다이오드나 외장 패스트 리커버리 다이오드 등의 리커버리 특성도 평가할 수 있다.
  • ・Turn-on 시에 리커버리 특성으로 인한 손실이 발생하는 회로의 경우, 평가 시험으로서 매우 유효하다.

더블 펄스 시험을 통한 리커버리 특성 평가

  • ・브릿지 회로에 있어서, turn-on 손실은 MOSFET가 지닌 바디 다이오드의 리커버리 특성이 나쁘면 증가한다.
  • ・MOSFET의 리커버리 전류 Irr과 리커버리 전하 Qrr을 낮게 억제한 MOSFET는 turn-on 손실 EON_L이 작다.
  • ・이는 고속 리커버리 타입의 제품끼리 비교한 경우에도 동일하다.
  • ・브릿지 구성 회로의 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.

셀프 turn-on 발생 원리

  • ・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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