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2021.09.29 SiC 파워 디바이스

정리

SiC MOSFET : 브릿지 구성에서의 게이트 – 소스 전압 동작

지금까지 6회에 걸쳐 「SiC MOSFET : 브릿지 구성에서의 게이트 – 소스 전압 동작」을 테마로, 대전류로 고속 스위칭을 실행하는 브릿지 구성에서 발생할 수 있는 게이트 전압의 동작에 대해 설명했습니다.

브릿지 구성 MOSFET의 게이트 전압은, MOSFET가 서로 관련되어 동작하므로, 매우 복잡합니다. 또한, 게이트 구동 회로의 조건에 따라 그 동작은 크게 달라집니다. 예를 들어, 회로 방식이나 사용하는 MOSFET, 다른 부품이 동일해도 기판이나 배선 레이아웃이 다르면 전혀 다른 현상이 발생합니다. 따라서 「동작은 기판 · 배선에 따라 크게 달라진다」고 생각해야 합니다. 기판이나 레이아웃이 다름에도 불구하고, 실적이 있는 회로라고 평가를 소홀히 하면 큰 문제가 발생하게 됩니다.

본 테마에서 설명한 기본 동작이나 파형 동작의 메커니즘을 이해하는 것은, 실제로 설계에서 문제가 발생할 경우 대처할 때 도움이 됩니다. 본 테마에서 예로 들어 설명한 것은 LS MOSFET를 스위칭하는 boost (승압) 회로였지만, HS MOSFET를 스위칭하는 buck (강압) 회로에 있어서도, LS와 HS의 동작이 바뀌는 것일 뿐, 기본적인 동작은 동일합니다. 따라서, 하드 스위칭을 사용하는 다양한 회로 토폴로지에서 기본적인 개념으로서 응용할 수 있습니다.

하기에 각 기사의 키 포인트를 정리하였습니다.

「SiC MOSFET : 브릿지 구성에서의 게이트 – 소스 전압 동작」

서론

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.

SiC MOSFET의 브릿지 구성

키 포인트

・「SiC MOSFET : 브릿지 구성에서의 게이트 – 소스 전압 동작」을 고찰함에 있어서, MOSFET를 브릿지 구성으로 사용하는 가장 간단한 동기 방식 boost 회로를 예로 들어 설명한다.

・예시 회로의 구성, 동작, 전압 · 전류 파형을 이해해야 한다.

SiC MOSFET의 게이트 구동 회로와 Turn-on · Turn-off 동작

키 포인트

・Turn-on 시와 Turn-off 시의 VDS 및 ID가 변화하는 양상은 다르다.

・이러한 변화가 VGS에 미치는 영향은, 게이트 구동 회로의 기생 성분을 포함한 등가 회로를 바탕으로 고찰한다.

브릿지 회로의 스위칭에 의해 발생하는 전류와 전압

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.

Low-side 스위치 Turn-on 시의 게이트 – 소스 전압 동작

키 포인트

・MOSFET의 게이트 용량과 스위칭에 의한 VDS 및 ID의 변화에 따라, 브릿지 구성에서는 LS 스위치 Turn-on 시 HS에 셀프 턴온이 발생하는 경우가 있다.

・셀프 턴온 대책으로서, 외장 게이트 저항의 값을 작게 하는 방법이 있지만, 다른 동작에 영향을 미치지 않도록 HS Turn-off 시에만 게이트 저항이 작아지도록 해야 한다.

Low-side 스위치 Turn-off 시의 게이트 – 소스 전압 동작

키 포인트

・LS 스위치 Turn-off 시에도, Turn-on 시와 기본적으로 동일한 현상이 발생한다.

・HS에 발생하는 마이너스 서지는 정격을 초과하는 경우가 있으므로, 이러한 경우에는 회로에 대책이 필요하다.

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