정리

키 포인트

・최신 Si 파워 디바이스의 특성 및 특징을 이해하여, Si 파워 디바이스의 적용 범위를 확대한다.

・요구 사양에 따라 기존의 Si 반도체와 SiC와 같은 새로운 파워 디바이스를 구별하여 사용한다.

키 포인트

・매우 기초적인 내용이므로, 잘 숙지해 둔다.

・Si 파워 디바이스로서의 다이오드의 종류 및 분류.

키 포인트

・파워계 Si 다이오드의 대략적인 특징 비교를 알아둘 것.

키 포인트

・Si-SBD의 특성은 배리어 메탈에 따라 달라진다.

・Si-SBD의 IR은 무시할 수 없는 레벨임을 인식해 둔다.

・열 폭주를 발생시킬 가능성이 있으므로 충분한 열 설계 검증을 실시한다.

키 포인트

・Si-FRD의 특성은 실리콘에 확산되는 불순물에 따라 달라진다.

・Si-FRD의 VF와 trr은 트레이드 오프 관계이다.

・역회복 시의 노이즈는 스위칭 전원 어플리케이션에서 나쁜 영향을 미치므로, 개량형이 개발되었다.

키 포인트

・여기에서는 파워 트랜지스터로서 바이폴라, MOSFET, IGBT를 다루었다.

・바이폴라 트랜지스터, MOSFET, IGBT의 기초적인 특징을 확인한다.

키 포인트

・MOSFET에는 기생 용량이 존재하며, 기생 용량은 스위칭 특성에 영향을 미치는 중요한 파라미터이다.

・기생 용량은 온도에 따른 변화가 거의 없으므로, 스위칭 특성은 온도 변화의 영향을 거의 받지 않는다.

키 포인트

・MOSFET의 스위칭 특성은, 일반적으로 Turn-on 지연 시간, 상승 시간, Turn-off 지연 시간, 하강 시간이 제시된다.

・스위칭 특성은 측정 조건과 측정 회로에 크게 영향을 받으므로, 제시 조건을 확인한다.

・스위칭 특성은 온도 변화의 영향을 거의 받지 않는다.

키 포인트

・MOSFET를 ON시키는 전압을 게이트 임계치라고 한다.

・V_GS가 일정하면 온도 상승에 따라 I_D가 증가하므로, 조건에 따라서는 주의가 필요하다.

・V_GS(th)의 변화로, 대략적인 Tj 추정이 가능하다.

키 포인트

・Si-MOSFET는, 저전력~중전력에서 고속 동작이 가능한 포지션이다.

・Super Junction 구조는, 내압을 유지하면서 ON 저항 R_DS(ON)과 게이트 전하량 Qg의 저감을 실현한다.

・Super Junction MOSFET는 Planar MOSFET보다 trr이 고속이고, irr이 크다는 특성을 지닌다.

키 포인트

・SJ-MOSFET는 특성에 따라 종류가 분류된다.

・SJ-MOSFET는 Planar MOSFET에 비해 기본적으로 저 ON 저항이며 고속이지만, Low Noise화, 저 ON 저항화, 고속화가 한층 더 추진되고 있다.

키 포인트

・PrestoMOS는 SJ-MOSFET의 고내압, 낮은 ON 저항, 낮은 게이트 총 전하량이라는 특징과 더불어, 내부 다이오드의 역회복 시간 trr의 고속화를 실현한 로옴의 SJ-MOSFET이다.

・내부 다이오드 trr의 고속화로, 인버터 및 모터 드라이버 회로의 고효율화와 소형화가 가능하다.

키 포인트

・Hybrid MOS는 MOSFET와 IGBT의 장점을 겸비한 신 구조 MOSFET이다.

・MOSFET의 고속성, 저전류 영역에서의 저손실, IGBT의 대전류 영역에서의 저손실 특성을 겸비했다.

・가전의 APF는, 대전력에 대응하면서 저전력 영역의 효율을 높일 수 있어 유용하다.

키 포인트

・기본적으로 프로토타입 제작 시, 선택한 트랜지스터가 실제 동작에서 사용 가능한지 확인이 필요하다.

・확인을 위해, 트랜지스터가 취급하는 전압과 전류 데이터를 측정한다.

키 포인트

・절대 최대 정격의 정의와 의미를 정확히 이해하여, 사용 가능 여부를 판단한다.

키 포인트

・SOA (Safe Operating Area : 안전 동작 영역)는, 트랜지스터가 안전한 조건하에서 동작하고 있는지 확인하기 위한 정보.

・기본적으로 ID와 VDSS와의 관계에 있어서, 정격전압 및 전류, 허용전력 (발열)에 대해 안전한 영역이 그래프에 기재되어 있다.

・SOA 조건을 확실히 확인하여, 실제 사용 조건과의 차이를 고려한 후에 이용한다.

키 포인트

・SOA 그래프는 Ta＝25℃일 때의 데이터이므로, 실제 트랜지스터를 사용하는 온도에 따라 SOA의 마진을 확보할 필요가 있다.

・마진 확보 비율은, 허용 손실의 마진 확보 비율을 이용한다.

키 포인트

・연속 펄스 (스위칭 동작)의 경우, 평균 소비전력을 구하여 허용 손실이 정격 이내인지 확인한다.

・최종적으로는 Tj가 절대 최대 정격을 초과하지 않았는지가 판단의 근본이 된다.

키 포인트

・최종적으로 Tj가 절대 최대 정격을 초과하지 않았는지 확인한다.

・Ta 또는 Tc와 발열 (열저항×소비전력)의 합계가 Tj가 된다.

키 포인트

・PFC (역률 개선)는, 역률을 개선하여 1에 근접시키는 것이다.

・PFC에는 싱글 방식과 인터리브 방식이 있으며, 인터리브 방식은 손실을 분산시킬 수 있으므로 열 설계가 용이하다.

・PFC에는 임계 모드 (BCM)와 연속 모드 (CCM)가 있으며, 일반적으로 대전력에는 CCM이 사용된다.

키 포인트

・임계 모드 PFC에서는 다이오드의 VF가 손실에 큰 영향을 주고, trr의 영향은 적다.

・임계 모드 제어의 PFC에서는 VF가 작은 다이오드를 선택함으로써 회로 효율 개선이 가능하다.

키 포인트

・전류 연속 모드 (CCM) PFC에서는 다이오드의 trr이 손실에 큰 영향을 주고, VF의 영향은 적다.

・전류 연속 모드 제어의 PFC에서는 trr이 작은 다이오드를 선택함으로써 회로 효율 개선이 가능하다.

키 포인트

・PFC부 및 DC-DC 컨버터부의 스위치인 MOSFET의 특성 차이에 따라 효율이 변하므로, MOSFET의 특성은 충분히 검토한다.

키 포인트

・전류 연속 모드 PFC에서는, IGBT+FRD를 Hybrid MOSFET+SiC SBD로 교체함으로써 효율 개선을 도모할 수 있다.

・이 예에서는, SiC SBD의 고속 trr 특성, Hybrid MOSFET의 저 ON 저항+고속 스위칭을 통해 효율을 향상시킨다.