IGBT｜기초편
실제 IGBT IPM의 예 : 절대 최대 정격
2024.02.14
키 포인트
・절대 최대 정격은 어떠한 항목의 수치라도 절대로 초과해서는 안된다.
・IGBT IPM의 절대 최대 정격도, 기본적인 해석은 반도체 디바이스와 동일하다.
・절대 최대 정격은 동작이나 특성을 보증하는 수치가 아니므로, 설계 시에는 권장 동작 조건이나 전기적 특성의 항목에 제시된 규격치를 기준으로 한다.
지난 편에서는 실제 IGBT IPM을 예로 들어, 사양과 기능의 개요에 대해 설명하였습니다. 이번에는 지난 편과 마찬가지로 로옴의 제3세대 IGBT IPM인 BM6337xS-xx / BM6357x-xx 시리즈를 예로 들어, IGBT IPM의 절대 최대 정격에 대해 설명하겠습니다.
실제 IGBT IPM의 예 : 절대 최대 정격
먼저 절대 최대 정격의 의미에 대해 확인해 보겠습니다. 절대 최대 정격에 대한 이해가 부족하면, 중대한 사고로 이어질 가능성이 있으므로 설계자나 사용자 모두 정확히 이해한 후에 적용해야 합니다. 여기에서는 IGBT IPM의 절대 최대 정격에 대해 다루지만, 기본적으로 정의는 다른 반도체 디바이스에 대해서도 동일하게 적용됩니다.
반도체 디바이스의 절대 최대 정격은 기본적으로 「JIS C 7032 트랜지스터 통칙」의 용어 정의를 바탕으로 합니다. 절대 최대 정격의 정의는 「한순간이라도 초과해서는 안되는 한계치이며, 어떤 2개의 항목도 동시에 도달해서는 안되는 한계치」입니다. 이는 「절대 최대 정격의 모든 항목의 수치를 절대로 초과해서는 안된다」는 뜻입니다. 즉, 절대 최대 정격에는 허용 범위가 없습니다.
하기에 IGBT IPM BM63374S-VA의 절대 최대 정격과 각 항목의 의미를 정리하였습니다. 표에 기재된 단자명 등에 대해서는 품명 링크의 데이터시트를 참조하여 주십시오.
설계 시에는 절대 최대 정격을 넘지 않도록 주의해야 합니다. 만약 절대 최대 정격을 초과할 것 같으면, 설계 사양의 변경이 어려운 경우에는 설계 사양을 만족하는 IGBT IPM을 검토해야 합니다.
인버터부 절대 최대 정격
| 항목 | 기호 | 정격 | 의미 / 설명 | |
|---|---|---|---|---|
| 전원전압 | VP | 450V | 스위칭 동작을 하지 않는 상태에서 P-NU, NV, NW 단자 간에 인가 가능한 최대 직류 전압. 이 전압을 초과하는 경우에는 제한 회로가 필요. | |
| 전원전압 (서지) | VP(surge) | 500V | 스위칭 동작을 하는 상태에서 P-NU, NV, NW 단자 간에 발생하는 최대 서지 전압. 이 전압을 초과하는 경우에는 모선 (母線) 인덕턴스의 저감 및 스너버 회로가 필요. | |
| 콜렉터 – 이미터 전압 | VCES | 600V | 내장 IGBT의 C-E에 인가 가능한 최대 전압. | |
| 콜렉터 전류 | 직류 | IC | ±15A | TC=25℃ 시의 최대 연속 DC 콜렉터 전류. |
| 피크 | ICP | ±45A | TC=25℃ 시의 최대 펄스 콜렉터 전류 (1ms 이하). | |
| 접합부 온도 | Tjmax | 150℃ | 내장 파워 칩의 최대 순간 접합부 온도는 150℃ (@TC＝100℃ 이하)이지만, 안전 동작을 위해 평균 접합부 온도는 125℃ 이하 (@TC=100℃ 이하)를 권장한다. 파워 칩은 Tj=150℃에서 바로 손상되지는 않지만, 파워 사이클 수명이 감소한다. | |
제어부 절대 최대 정격
| 항목 | 기호 | 정격 | 의미 / 설명 |
|---|---|---|---|
| 제어 전원전압 | VCC | 20V | HVIC의 HVCC-GND 단자 간, LVIC의 LVCC-GND 단자 간에 인가 가능한 최대 직류 전압. |
| 플로팅 제어 전원전압 | VBS | 20V | High-side IGBT 구동 전원전압으로서 VBU-U, VBV-V, VBW-W 단자 간에 인가 가능한 최대 직류 전압. |
| 제어 입력전압 | VIN | -0.5V~VCC+0.5V | HINX-GND 단자 간, LINX-GND 단자 간에 인가 가능한 전압. (X=U, V, W) |
| 에러 출력 인가 전압 | VFO | -0.5V~VCC+0.5V | FO-GND 단자 간에 인가 가능한 전압. |
| 에러 출력전류 | IFO | 1mA | FO-GND 단자 간에 흐르는 싱크 전류. |
| 전류 검출 입력전압 | VCIN | -0.5V~+7.0V | CIN-GND 단자 간에 인가 가능한 전압. |
| 온도 출력 단자 전압 | VOT | -0.5V~+7.0V | VOT-GND 단자 간에 인가 가능한 전압. |
부트스트랩 다이오드부 절대 최대 정격
| 항목 | 기호 | 정격 | 의미 / 설명 |
|---|---|---|---|
| 역전압 | VRB | 600V | 내장 부트스트랩용 다이오드에 인가 가능한 최대 전압. |
| 접합부 온도 | TjmaxD | 150℃ | 내장 파워 칩의 최대 순간 접합부 온도는 150℃ (@TC＝100℃ 이하)이지만, 안전 동작을 위해 평균 접합부 온도는 125℃ 이하 (@TC=100℃ 이하)를 권장한다. |
시스템 전체 절대 최대 정격
| 항목 | 기호 | 정격 | 의미 / 설명 |
|---|---|---|---|
| 전원전압 자가 보호 범위 (단락) | VP(PROT) | 400V | VCC=13.5V~16.5V, 2µs 이내, 비반복 조건에서 IGBT가 단락 또는 과전류 상태가 된 경우, 보호 기능을 통해 IGBT를 안전하게 차단할 수 있는 최대 전원전압. |
| 동작 모듈 온도 | TC | -25℃~＋115℃ | 파워 칩 바로 아래의 TC 측정 포인트에서, 히트싱크에 trench 가공 등을 실시하고, 열전대로 측정한 값. ※하기 그림의 「TC 측정 포인트」 참조 |
| 절연 내압 | Viso | 1500Vrms | 방열면의 세라믹 표면과 모든 단자 (쇼트)와의 절연 내압. 평면 타입 히트싱크 사용 시에는 히트싱크와 단자 사이에서 방전될 가능성이 있으므로, 1500Vrms가 된다. 하기 그림 오른쪽과 같이 凸 타입 형상의 히트싱크를 사용하여, 히트싱크와 단자 간 거리를 넓히는 경우 (2.5mm 이상 권장), 2500Vrms를 만족한다. UL 인증은 凸 타입 형상의 히트싱크를 사용하는 조건에서 절연 내압 2500Vrms로 취득. |
＜TC 측정 포인트＞
절대 최대 정격의 값은 어디까지나 정격이므로, 해당 수치까지 IGBT IPM이 견딜 수는 있지만, 정상적인 동작을 보증하는 것은 아닙니다. 데이터시트에 기재되어 있는 「권장 동작 조건」이나 「전기적 특성」 항목의 「규격치」가 본래의 동작이나 특성을 보증하는 값입니다. 이러한 항목의 수치와 절대 최대 정격을 비교하여 사용 조건을 검토해야 합니다.
【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.
