셀프 turn-on 발생 원리

「더블 펄스 시험을 통한 리커버리 특성 평가」 편에서는 표준 타입과 고속 리커버리 특성을 지닌 SJ MOSFET의 더블 펄스 시험을 통해, 「브릿지 구성 회로에서는 리커버리 특성이 고속인 MOSFET를 사용함으로써 손실을 저감할 수 있다」는 점과, 「리커버리 특성이 고속이어도 turn-on 손실을 저감할 수 없는 경우가 있다」는 점에 대해 설명했습니다. 이번에는 그 원인 중 하나인 셀프 turn-on 현상에 대해 설명하겠습니다.

셀프 turn-on 현상이란?
셀프 turn-on은 MOSFET의 각 게이트 용량 (C_GD, C_GS) 및 R_G로 인해 발생하는 현상으로, 2개의 MOSFET가 직렬로 접속된 브릿지 구성의 회로에서 스위칭 측의 MOSFET가 turn-on할 때, 본래 OFF 상태인 환류 측의 MOSFET에 의도하지 않은 turn-on이 발생하여, 관통 전류가 흐르게 되고 이로 인해 손실이 증대하는 현상입니다.

셀프 turn-on 발생 원리
하기 표는 「더블 펄스 시험이란」 편에서 게재한 것으로, 더블 펄스 시험의 기본 동작을 나타내고 있습니다.

동작 ②에서 동작 ③으로 전환될 때, High-side Q1의 드레인 – 소스간 전압 V_{DS_H}는 0V → Vi로 급격하게 변화합니다. 이때 발생하는 dV_{DS_H}/dt (단위 시간당 전압 변화)로 인해 C_{GD_H}, C_{GS_H} 및 R_{G_H}에 전류가 흐르게 됩니다. 이러한 전류로 인해 C_{GS_H}의 전압이 상승하여 V_{GS_H}가 MOSFET의 게이트 임계치를 초과하게 되면, MOSFET에 의도하지 않은 turn-on이 발생합니다. 이러한 현상을 셀프 turn-on이라고 하며, 셀프 turn-on이 발생하면 High-side Q1과 Low-side Q2 사이에 관통 전류가 흐릅니다. 하기 그림은 바디 다이오드의 리커버리 전류와 셀프 turn-on 발생으로 인한 관통 전류를 나타낸 그림입니다.

인버터 회로 및 Totem Pole PFC 회로 등은 2개의 MOSFET가 직렬 접속된 브릿지 구성의 회로이므로, 리커버리 손실뿐만 아니라, 셀프 turn-on으로 인한 관통 전류로 인해 turn-on 손실이 증대하는 경우가 있습니다.

「더블 펄스 시험을 통한 리커버리 특성 평가」 편에서 사용한 R6030JNZ4 (PrestoMOS™)는 다른 고속 리커버리 타입의 SJ MOSFET보다 turn-on 손실이 작다는 결과를 얻을 수 있었습니다. 이는 리커버리 특성이 우수할 뿐만 아니라, 각 게이트 용량의 비율을 최적화하여 셀프 turn-on을 억제할 수 있는 구조를 채용하고 있기 때문입니다.