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2020.10.21 SiC 파워 디바이스

서론

SiC MOSFET : 브릿지 구성에서의 게이트 – 소스 전압 동작

SiC 파워 디바이스의 기초 지식 응용편의 제1탄으로 「SiC MOSFET : 브릿지 구성에서의 게이트 – 소스 전압 동작」 편을 시작하겠습니다.

서론

MOSFET 및 IGBT 등의 파워 스위칭 디바이스는 다양한 전원 어플리케이션 및 전력 라인의 스위칭 소자로서 사용되고 있습니다. 또한, 사용되는 회로 방식도 다양하며, 단독 사용과 더불어 직렬 접속이나 병렬 접속과 같은 사용 방법도 다수 있습니다.

그 중에서도 스위칭 소자를 상하로 직렬 접속하는 브릿지 구성에서는, 각각의 디바이스를 교대로 ON · OFF하는 것이 일반적입니다. 하기는 기본적인 브릿지 구성의 동기 방식 boost 회로입니다. 오른쪽 파형도는 게이트 신호에 따라 교대로 ON · OFF하는 Low-side (LS) MOSFET와 High-side (HS) MOSFET의 드레인 – 소스 전압 (VDS)과 드레인 전류 (ID)의 예입니다.

스위칭 동작을 통해 각 소자에 흐르는 전류 및 변화하는 전압은 상호 복잡하게 영향을 미칩니다. 특히 고전압 고전류를 취급하는 회로에서는 실장 기판 및 결선으로 기인하는 기생 성분 등의 영향을 받은 전압과 전류로 인해 동작이 불안정해지거나 효율이 저하되어, 손실 증가 및 이상 발열과 같은 문제를 일으킬 가능성이 있습니다.

최근, SiC MOSFET 등 고성능 파워 디바이스를 통해, 큰 전력을 고속 스위칭으로 변환할 수 있게 되었지만, 이러한 대전력의 취급을 위해서는 스위칭 동작에 대해 이해할 필요가 있습니다. 본 테마에서는 MOSFET 브릿지 구성에서의 각 MOSFET의 게이트 – 소스 전압 동작에 주목하여, 간단한 동기 방식 boost 회로를 예로 들어 하기와 같은 항목에 대해 설명할 예정입니다.

・MOSFET의 브릿지 구성과 동기 방식 boost 회로

・게이트 구동 회로와 Turn-on · Turn-off 동작

・dVDS/dt, dID/dt에 의해 발생하는 전류와 전압

・Turn-on 시 게이트 신호의 동작

・Turn-off 시 게이트 신호의 동작

※내용이나 순서는 변경되는 경우가 있습니다.

키 포인트

・파워 스위칭 디바이스는 다양한 전원 어플리케이션 및 전력 라인의 스위칭 소자로서 사용되고 있다.

・사용되는 회로 방식과 사용 방법은 다양하다.

・스위칭 소자를 상하로 직렬 접속하는 브릿지 구성에서는, 소자가 교대로 ON · OFF하여 상호 영향을 미친다.

・대전력의 고속 스위칭 변환에는 스위칭 동작에 대한 이해가 필요하다.

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