SiC 파워 디바이스|응용편

기존 MOSFET의 구동 방법

2023.02.22

키 포인트

・드라이버 소스 단자의 효과를 이해하기 위해, 기존 MOSFET의 구동 방법과 전류의 경로, 기생 성분에 대해 이해해야 한다.

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 VG와 MOSFET의 게이트 단자 Gate 사이에 외장 저항 RG_EXT를 접속하여 스위칭 속도를 제어합니다. 이때, 구동 회로에는 PCB 패턴의 인덕턴스 LTRACE와 MOSFET의 소스 단자 Source에 존재하는 패키지 인덕턴스 LSOURCE가 포함되어 있으므로, 이러한 파라미터를 고려하는 것이 매우 중요합니다. 게이트 단자의 패키지 인덕턴스는 LTRACE에 포함되어 있고, 드레인 단자 Drain의 인덕턴스 LDRAIN은 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 ID의 변화에 의해 LSOURCE에서 발생하는 전압 VLSOURCE에 주의해야 합니다. 하기 그림은 구동 회로에서 스위칭 동작 중의 전압 인가를 나타낸 것입니다.

VG가 인가되어 MOSFET가 Turn-on하면 ID는 증가하고, LSOURCE에 그림의 (I) 방향으로 VLSOURCE가 발생합니다. 그리고, 게이트 단자에는 전류 IG가 유입되어 RG_EXT에서 전압 강하 VRG_EXT (I)이 발생합니다. 이러한 전압은 Turn-on 시의 구동 회로망에 포함되어, MOSFET의 Turn-on 동작에 필요한 칩 상의 전압 VGS_INT를 식 (1)과 같이 감소시키게 되고, 결과적으로 Turn-on 속도의 저하를 초래합니다. LTRACE로 인해 전압이 발생하지만, 작은 수치이므로 여기에서는 생략하였습니다.

Turn-off 시에도 동일한 이유로, 식 (1)의 IG 및 dID/dt가 마이너스가 되므로, RG_EXT와 LSOURCE에 전압 상승 (II)을 발생시켜, VGS_INT의 증가로 인한 Turn-off 속도의 저하를 초래합니다.

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

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

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