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2019.09.25 SiC 파워 디바이스

활용 포인트 : 스너버 콘덴서

Full SiC 파워 모듈

이번에는, Full SiC 모듈의 활용 포인트로서 스너버 콘덴서에 대해 설명하겠습니다. 대전류를 고속으로 스위칭하는 회로에서는 스너버 콘덴서의 추가가 필요합니다.

스너버 콘덴서란?

스너버 콘덴서란, 전기 배선의 기생 인덕턴스를 저감할 목적으로, 대전류 스위칭 노드에 접속하는 콘덴서입니다. 기생 인덕턴스는 스위치 OFF 시 (전류 차단)에 큰 서지를 발생시키므로, 부품의 정격을 초과하는 경우 파괴에 이르게 될 우려가 있습니다.

배선 인덕턴스를 효과적으로 저감시키기 위해서는, 우측 회로도의 적색선으로 표시된 소자 단자에 근접하여 콘덴서를 접속시킬 필요가 있습니다.

스너버용 콘덴서의 예

스너버용 콘덴서는 전기적 정격이 접속 부분의 조건을 만족하는 것 외에, 콘덴서의 구조나 부품 재료에 따른 특성의 차이도 함께 평가한 후 사용해야 합니다. 하기는 이번 평가에 사용한 콘덴서의 예입니다.

스너버 콘덴서의 탑재 예

하기는, 라인 간에 대용량 콘덴서를 기본으로, 소용량 콘덴서를 SiC-MOSFET 단자에 근접하게 탑재한 예입니다.

스너버 콘덴서의 효과

하기는, 상기의 3가지 조건에서 SiC-MOSFET가 OFF하여 전류를 차단할 때 드레인-소스 사이에 발생하는 서지 파형입니다. SiC-MOSFET 단자에 근접하게 콘덴서를 추가한 경우, 서지 억제 효과가 있으며, 콘덴서의 종류에 따라서도 효과가 달라집니다.

다음으로, 하기는 세라믹 콘덴서의 예 (상기 파형의 적색선)에서 조건을 바꾸어 억제 효과를 비교한 파형입니다.

OFF 직후 23MHz 정도의 링잉 t1은, 콘덴서의 병렬 수가 적을수록 빠르게 감쇄합니다 (청색 A). 이는, 병렬 수에 대해 콘덴서의 ESR이 반비례하므로, 병렬 수가 적은 편이 ESR이 크기 때문입니다.

세라믹 콘덴서의 용량이 작으면, 약 2MHz의 링잉 t2가 발생합니다 (녹색 B, 청색 A). 이는, 루프가 큰 경로 (인덕턴스가 큰 경로)에 축적된 전하로 인한 것으로 생각됩니다.

결과적으로, 세라믹 콘덴서의 경우 병렬 수가 적고 총용량이 큰 편이, 서지 억제 효과가 높다고 할 수 있습니다.

마지막으로, 대용량 콘덴서의 효과에 대해 확인하겠습니다. 하기는, 2직렬 5병렬의 세라믹 콘덴서를 탑재한 상태로, 대용량 콘덴서가 있는 경우와 없는 경우의 서지를 비교한 것입니다.

대용량 콘덴서가 있는 경우의 파형 (적색선)을 통해, 대용량 콘덴서는 긴 주기의 링잉 억제에 효과가 있다는 것을 알 수 있습니다.

이번 예에서는, 스너버로서 대용량 콘덴서와 SiC-MOSFET 단자에 근접하여 세라믹 콘덴서를 접속함으로써 보다 높은 억제 효과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었습니다. 단, 콘덴서의 탑재 위치나 콘덴서의 직렬 / 병렬의 조합 등, 작은 조건의 차이가 서지 파형에 영향을 미치므로 실제 기기에서 효과를 검증할 필요가 있습니다.

키 포인트

・고속 스위칭 성능을 발휘시키기 위해, 전기 배선의 기생 인덕턴스를 최대한 억제할 필요가 있다.

・전력용 단자와 근접하게 콘덴서를 접속시켜, 배선 인덕턴스를 저감한다.

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