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2019.09.25 SiC 파워 디바이스

활용 포인트 : 전용 게이트 드라이버와 스너버 모듈의 효과

Full SiC 파워 모듈

이번에는, Full SiC 모듈의 활용 포인트로서, 「활용 포인트 : 스너버 콘덴서」편에 이어, 전용 게이트 드라이버를 이용한 경우의 스위칭 특성 개선에 대해 설명하겠습니다.

Full SiC 모듈의 드라이브 사양과 기본 구성

하기의 조건 및 회로 구성에 대해 스너버 콘덴서와 전용 게이트 드라이버를 이용한 특성을 비교해보겠습니다. 회로 구성은 이전 편에서 설명한 것과 같이 전해 콘덴서, 필름 콘덴서가 추가되었습니다. 전용 게이트 드라이버를 사용하지 않는 경우는 게이트 turn-on 오동작 대책으로서, 마이크로 오더 (micro order)의 CGS를 추가하고, VGS는 마이너스 바이어스로 -5V를 인가합니다 (제2세대 SiC-MOSFET 탑재 Full SiC 모듈의 경우).

Full SiC 모듈 평가용 전용 게이트 드라이브 보드와 세라믹 스너버 콘덴서 모듈

하기 그림은, 위의 기본 구성에 추가한 전용 게이트 드라이버와 스너버 콘덴서로, Full SiC 모듈 평가용으로 구비되어 있습니다.

하기는 실제 기기에 실장한 것입니다.

전용 게이트 드라이버와 스너버 모듈의 효과

먼저, 하기는 전용 게이트 드라이버와 스너버 모듈의 유무에 따른 turn-on 시의 파형을 비교한 것입니다.

위에서부터 순서대로 ID, VD, VG로, 적색과 주황색 선이 전용 게이트 드라이버와 스너버 모듈을 장착한 경우의 파형이며, 청색과 녹색 선이 미장착 시의 파형입니다. 서지 및 링잉이 확실하게 억제된 것을 알 수 있습니다.

다음으로, turn-off 시의 파형입니다.

마찬가지로 서지 및 링잉이 대폭 억제되었습니다.

손실의 경우, Eon은 4.3mJ에서 5.3mJ로 증가하고, Eoff는 5.3mJ에서 3.8mJ로 감소되었습니다. 이는 영향을 미치는 인덕턴스가 작아지면, Eon이 커지고 Eoff가 작아지기 때문입니다. 손실 전체 (Eon+Eoff)로 비교하면, 손실은 0.4mJ 삭감되었습니다.

결론적으로, Full SiC 모듈의 성능을 충분히 활용하기 위해서는 스너버를 추가하고, 게이트 드라이버는 전용으로 설계된 제품을 사용하는 것이 좋은 방법입니다. 지금까지 「Full SiC 모듈의 활용 포인트」라는 주제로, 게이트 드라이브에 대한 고찰, 스너버의 효과, 그리고 전용 게이트 드라이버에 대해 설명하였습니다. 고전압, 대전류를 고속 스위칭하기 위해서는 이러한 보완 부품과 평가를 바탕으로 하여 조정하는 것이 중요합니다. 특히 초기 평가에서는 평가 보드 등을 이용하면 개발이 원활히 진행됩니다.

키 포인트

・전용 게이트 드라이버와 스너버 모듈을 이용하면, 서지 및 링잉을 대폭 억제할 수 있다.

・손실에 있어서, Eon은 증가하고 Eoff는 감소한다. 손실 전체 (Eon+Eoff)로 비교하면, 손실은 감소한다.

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