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2021.01.13 SiC 파워 디바이스

브릿지 회로의 스위칭에 의해 발생하는 전류와 전압

SiC MOSFET : 브릿지 구성에서의 게이트 – 소스 전압 동작

지난 편에서는 SiC MOSFET의 브릿지 구성에서의 게이트 구동 회로와 Turn-on · Turn-off 동작에 대해 설명하였습니다. 이번에는, 이러한 일련의 스위칭 동작에 있어서, MOSFET의 VDS 및 ID의 변화에 따라 어떤 전류와 전압이 발생하는지에 대해 설명하겠습니다.

하기 회로도는 브릿지 구성의 동기 방식 boost 회로로, LS 스위치가 Turn-on했을 때의 예입니다. 회로도에는 SiC MOSFET가 지닌 기생 용량, 인덕턴스, 저항도 표시되어 있습니다. 또한, HS 및 LS 측 SiC MOSFET의 VDS와 ID의 변화에 기인하여 흐르는 각 부분의 게이트 전류 (녹색 라인)를 나타내고 있습니다.

ID의 변화 dID/dt에 의해 발생하는 전압

ID의 변화에 의해 하기 식 (1)과 같은 전압이 발생합니다.

式(1)

이는, SiC MOSFET의 소스에 존재하는 기생 인덕턴스에 ID가 흐름으로써 발생하는 전압으로, 회로도 (I)에서 발생하는 현상입니다. 이 전압에 의해 전류 (I’)가 흐릅니다.

VDS의 변화 dVDS/dt에 의해 발생하는 전류

HS를 예로 들면, SiC MOSFET가 Turn-off하여 VDS가 변화하면, 게이트 – 드레인 기생 용량 CGD에 전류 ICGD가 흐릅니다. 이 전류는 회로도가 나타내는 바와 같이, 게이트 – 소스 기생 용량 CGS 측에 흐르는 전류 ICGD1 : (II)-1과 게이트 회로 측에 흐르는 전류 ICGD2 : (II)-2로 나누어집니다. VDS의 변화가 시작되는 시점에서는 게이트 회로 측의 임피던스가 크므로, ICGD는 대부분 CGS 측에 흐르고, 이때의 ICGD1,.은 식 (2)와 같아집니다.

계산 식에서는, CGD가 큰 경우나 CGD/CGS 비율이 작아지는 경우 ICGD1이 커진다는 것을 알 수 있습니다.

dVDS/dt 및 dID/dt는 플러스 (+) 또는 마이너스 (-)가 되기도 하므로, 이에 따라 발생하는 전류 및 전압의 극성은 Turn-on / Turn-off에 따라 달라집니다.

키 포인트

・게이트 구동 회로의 스위칭 동작에 있어서 MOSFET의 VDS 및 ID의 변화에 따라, 기생 용량 및 인덕턴스로 인해 회로에 전류와 전압이 발생한다.

・dVDS/dt 및 dID/dt는 플러스 (+) 또는 마이너스 (-)가 되기도 하므로, 이에 따라 발생하는 전류 및 전압의 극성은 Turn-on / Turn-off에 따라 달라진다.

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