기존 MOSFET의 구동 방법

기존 MOSFET의 구동 방법

드라이버 소스 단자를 설명하기에 앞서, 기존 MOSFET의 구동 방법에 대해 설명하겠습니다.

MOSFET는 일반적으로 전압 구동 타입으로, 게이트 단자에 대한 전압을 ON / OFF함으로써 스위칭 동작을 제어합니다. 하기 그림은 기존의 TO-247N 패키지 (3단자) MOSFET의 일반적인 게이트 구동 회로 예입니다.

구동 전원 V_G와 MOSFET의 게이트 단자 Gate 사이에 외장 저항 R_{G_EXT}를 접속하여 스위칭 속도를 제어합니다. 이때, 구동 회로에는 PCB 패턴의 인덕턴스 L_TRACE와 MOSFET의 소스 단자 Source에 존재하는 패키지 인덕턴스 L_SOURCE가 포함되어 있으므로, 이러한 파라미터를 고려하는 것이 매우 중요합니다. 게이트 단자의 패키지 인덕턴스는 L_TRACE에 포함되어 있고, 드레인 단자 Drain의 인덕턴스 L_DRAIN은 게이트 구동 회로에 포함되어 있지 않으므로, 여기에서는 생략하였습니다.

이 구동 회로의 동작은 기본적이고 일반적인 것이므로 여기에서는 자세한 설명을 생략하지만, 기존의 스위칭 속도에서는 간과하기 쉬운 동작으로서 드레인 – 소스 사이에 흐르는 드레인 전류 I_D의 변화에 의해 L_SOURCE에서 발생하는 전압 V_LSOURCE에 주의해야 합니다. 하기 그림은 구동 회로에서 스위칭 동작 중의 전압 인가를 나타낸 것입니다.

V_G가 인가되어 MOSFET가 Turn-on하면 I_D는 증가하고, L_SOURCE에 그림의 (I) 방향으로 V_LSOURCE가 발생합니다. 그리고, 게이트 단자에는 전류 I_G가 유입되어 R_{G_EXT}에서 전압 강하 V_{RG_EXT} (I)이 발생합니다. 이러한 전압은 Turn-on 시의 구동 회로망에 포함되어, MOSFET의 Turn-on 동작에 필요한 칩 상의 전압 V_{GS_INT}를 식 (1)과 같이 감소시키게 되고, 결과적으로 Turn-on 속도의 저하를 초래합니다. L_TRACE로 인해 전압이 발생하지만, 작은 수치이므로 여기에서는 생략하였습니다.

Turn-off 시에도 동일한 이유로, 식 (1)의 I_G 및 dI_D/dt가 마이너스가 되므로, R_{G_EXT}와 L_SOURCE에 전압 상승 (II)을 발생시켜, V_{GS_INT}의 증가로 인한 Turn-off 속도의 저하를 초래합니다.

일반적으로 파워 스위칭 디바이스의 L_SOURCE는 수 nH에서 십수 nH이며, dI_D/dt가 수 A/ns에 도달하면 10V 이상의 V_LSOURCE가 발생하는 경우도 있어, 스위칭 동작에 큰 영향을 미치게 됩니다.

드라이버 소스 단자는 이러한 V_LSOURCE의 영향을 배제하여, 스위칭 속도를 개선하기 위한 것입니다.