IGBT｜기초편
패스트 리커버리 다이오드 (FRD)를 내장한 IGBT
2023.10.18
키 포인트
・인버터 및 모터 구동 등 IGBT와 FRD를 세트로 사용하는 어플리케이션용으로, FRD를 내장한 IGBT가 있다.
・내장 FRD에는 손실 저감을 위해 고속 trr 특성이 요구됨과 동시에, 링잉이나 노이즈 발생이 적은 소프트 리커버리 특성이 EMC 면에서 중요시된다.
IGBT 라인업에는 패스트 리커버리 다이오드 (이하, FRD)를 내장한 타입이 있습니다.
패스트 리커버리 다이오드 (FRD)를 내장한 IGBT
IGBT를 통한 인버터 및 모터 구동 어플리케이션은 스위칭 시에 발생하는 역전류를 흘리는 경로로서 다이오드를 병용합니다. 이 다이오드는 환류 (還流 / Free Wheeling) 다이오드라고 하며, 일반적으로 FRD가 사용됩니다. 이와 같이 IGBT와 FRD를 세트로 사용하는 어플리케이션용으로 FRD를 내장한 IGBT가 있습니다.
FRD를 내장한 IGBT의 경우 데이터시트에 해당 내용이 기재되어 있으며, 일반적으로는 하기와 같이 핀 배치도에 FRD 내장이라고 표기되어 있습니다. 그리고, IGBT의 사양과 더불어 내장 FRD의 사양도 제시되어 있습니다.
FRD 내장 타입의 장점은, FRD를 외장할 필요가 없으므로 부품수 및 실장 면적을 삭감할 수 있고 이에 따라 신뢰성이 향상된다는 점입니다.
IGBT에 내장된 FRD의 리커버리 특성과 링잉
인버터나 모터 구동 어플리케이션에서, 프리휠링 다이오드에 요구되는 중요한 특성 중 하나는 고속성으로 역회복 시간 trr이 짧은 것입니다. 「모터 용도에서 파워 디바이스의 사용 구분」 편에서 설명한 바와 같이, 스위칭 시의 Turn-on 손실은 리커버리 전류의 영향이 크기 때문에 손실 저감을 위해 trr이 고속인 FRD를 사용합니다. 따라서, IGBT에 내장된 FRD에도 고속 trr 특성이 요구됩니다.
또 한가지 중요한 포인트로서, 내장 FRD의 링잉을 고려해야 합니다. trr이 고속인 FRD는 리커버리 전류가 급격하게 안정화되므로 링잉 (노이즈)이 발생하여, EMC의 관점에서는 문제가 됩니다. 따라서, FRD의 리커버리 특성에 고속 trr과 동시에 완만한 안정화가 요구됩니다. 이러한 문제를 고려한 제품을 소프트 리커버리 타입이라고 합니다.
예를 들어, 소프트 리커버리 타입 FRD를 내장한 IGBT RGS 시리즈 및 RGT 시리즈와 일반적인 FRD 내장 IGBT의 FRD 리커버리 특성을 비교해 보겠습니다.
RGS 시리즈와 RGT 시리즈의 내장 FRD는 di/dt=1000A/μs의 고속 스위칭 시에도 리커버리 전류의 안정화가 고속이면서 완만하게 이루어져 Tj=125℃의 고온 조건에서도 링잉이 발생하지 않습니다. 반면에 일반품의 경우 큰 링잉이 발생하는 것을 알 수 있습니다.
FRD를 내장한 IGBT는 편리성이 높지만, 내장된 FRD의 리커버리 특성을 확실하게 이해해야 합니다. 고내압 대전류를 취급하는 시스템에서는 링잉이나 서지가 크게 발생하여 EMC에 대한 영향도 커지기 때문에 매우 중요합니다.
【자료 다운로드】 IGBT의 기초
IGBT는 대표적인 파워 디바이스의 일종으로, 모터 구동을 비롯한 폭넓은 어플리케이션에서 이용되고 있습니다. 본 핸드북은 IGBT의 기초 지식으로서, IGBT의 특징에 따른 적용 범위와 어플리케이션의 이미지, 구조와 동작 원리, 기타 파워 디바이스와의 비교 및 사용 구분에 대해 설명한 자료입니다.
