SiC 파워 디바이스｜응용편
프로브의 장착 방법
2024.07.10
키 포인트
・측정 파형은 프로브의 장착 방법에 따라 큰 영향을 받는다.
・연장 케이블이 긴 경우에는 게이트 단자 및 소스 단자와 측정 장치 사이에 형성되는 루프로 인해, 본래의 파형과 전혀 다른 파형이 관측되므로, 루프가 최소화되는 방법을 사용한다.
SiC MOSFET 게이트 – 소스 전압 측정 : 프로브의 장착 방법
「일반적인 측정 방법」 편에서 설명한 바와 같이, 측정 파형은 프로브의 장착 방법에 따라 크게 영향을 받습니다. 본 편에서는 일반적으로 사용되는 4종류의 프로브 장착 방법에 따른 측정 파형의 차이를 비교해 보겠습니다.
(a) 프로브 헤드를 DUT 단자에 직접 장착한다.
(b) 연선으로 연장하여 프로브 헤드를 장착한다.
(c) 긴 연선의 각각에 댐핑 저항 100Ω을 삽입하고, 프로브 헤드를 장착한다.
(d) 짧은 연선의 각각에 댐핑 저항 100Ω을 삽입하고, 프로브 헤드를 장착한다.
(a)는 전압 프로브의 헤드부를 직접 DUT에 장착하는 방법입니다. (b)는 연선으로 가공한 약 12cm의 연장 케이블의 한쪽 끝을 DUT 단자에 솔더링하고, 다른 한쪽 끝에 전압 프로브의 헤드부를 장착하는 방법입니다. (c)는 (b)의 연장 케이블의 도중에 100Ω의 저항을 삽입하는 방법입니다. (d)는 (b)의 선 길이를 약 4cm로 짧게 한 연장 케이블 도중에 100Ω의 저항을 삽입하는 방법입니다. 그림 5는 실제로 사용한 연장 케이블, 그림 6은 프로브 헤드를 장착한 상태를 나타낸 사진입니다.
그림 5. 실제의 연장 케이블
그림 6. 실제로 각 전압 프로브를 장착한 사진
그림 7은 그림 6 (a)~(d)의 장착 방법을 사용하여 더블 펄스 시험을 통해 게이트 – 소스 전압 파형을 비교한 것입니다. Commutation 측인 LS의 게이트 – 소스 전압에 주목하면, 각각의 측정 방법에 따라 파형이 크게 달라지는 것을 확인할 수 있습니다.
(a)는 Turn-on 시, HS MOSFET의 스위칭 동작이 시작되어 전류 변화가 발생하면 그림 8과 같이 전압 프로브의 헤드부가 형성하는 루프를 관통하는 방향으로 자속 변화가 발생합니다. 그리고 이러한 자속 변화가 헤드부의 루프에 시계 방향의 기전압을 발생시키기 때문에 관측되는 파형에는 마치 마이너스 서지가 발생하고 있는 것처럼 보여집니다. 본래는 (c)나 (d)와 같이 플러스 방향으로 서지가 나타납니다 (*3).
(b)는 연장 케이블로 인한 임피던스가 고속 스위칭으로 인한 링잉을 유발하여, 큰 서지가 발생하고 있는 것처럼 관측됩니다.
그림 7. 그림 6 (a)~(d)의 장착 방법에 따른 더블 펄스 시험의 게이트 – 소스 전압 파형 비교
그림 8. Commutation 측 프로브에서의 기전압
이와 같이 게이트 단자 및 소스 단자와 측정 장치 사이에 형성되는 루프가 메인 회로의 전류 변화로 인한 자속 변화에 반응하여, 본래의 파형과 전혀 다른 파형이 관측됩니다. 따라서 실제의 파형을 관측하기 위해서는 측정 장치와 게이트 – 소스 단자 사이에 형성되는 클로즈드 루프를 최소한으로 해야 합니다. 참고로 그림 6의 (b), (c), (d)는 연장 케이블을 SiC MOSFET 패키지에 가까운 단자 부분에 솔더링하여, 형성되는 루프는 최소한으로 억제되어 있습니다.
*3. 참고 자료 : 「드라이버 – 소스 단자에 의한 스위칭 손실의 개선」 어플리케이션 노트 (No. 62AN040E Rev.002)
로옴 주식회사, 2020년 4월