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전력MOSFET용 저 소비전력 게이트 드라이버

전문가 제언: ○ 전력용 MOSFET의 게이트 드라이버 설계의 가장 간단한 형태는 통상 PWM IC로서 2개의 MOSFET를 쌓아 놓은 토템기둥(totem pole) 형상으로 구성한다. 저전력의 경우 출력전압을 제어 대상 MOSFET의 게이트에 직결 공급할 수도 있으나 너무 급격한 턴온, 턴오프 등으로 인한 EMI 문제, 손실 증가 등의 문제로 직결 대신 저항요소를 삽입하는 것이 보통이다. 두 병렬 저항을 삽입하여 하나는 턴온 시간을, 다른 하나는 턴오프 시간을 조절하게 한다. 턴온은 비교적 느리게, 턴오프는 비교적 빠르게 구현한다.

○ 전력 규모가 커지면 안전을 위해 삽입하는 게이트 저항값이 매우 작아야 하며 단순 PWM IC 직결로 하지 않고 게이트 드라이버 회로를 설치하는 것이 좋다. 전력 규모가 더 커지면 드라이버와 대상 전력 MOSFET을 격리하는 ‘부동(floating)’ 스위치 기법을 사용하는데 커플링은 변압기를 활용한다. 이 글에서는 부동 스위치를 사용하는 수준까지 이르기 전의 전력변환기 규모에서 손실을 최소화하는 기법을 온칩 상태에서 해결하는 것을 검토한 것이다.

○ 전력용 MOSFET의 게이트 드라이버 설계에 있어서 전력 손실을 최소화하려면 공급전압 HVDD가 높지만 게이트 전압을 가능한 범위에서 낮추어야 한다는 것은 잘 알려진 사실이다. 지나치게 낮출 수 없는 제한 요소는 게이트 전압이 낮을수록 커지는 특성을 가지고 있는 제어 대상 MOSFET의 RON이다. 다행히 게이트 전압을 10V 정도까지 낮출 때 RON의 증가는 허용될 수 있는 범위에 들기 때문에 10V를 목표치로 하는 경우가 많다.

○ 게이트 드라이버는 전력변환기에서 아주 중요한 부분으로서 사용자의 선택 단계에서 가장 신중하게 접근해야 할 사항이다. 특성이 개선될 것이라는 기대에 새로운 기법을 도입하면 예상하지 못했던 문제점들이 나중에 발견될 수가 있다. 소자 수가 증가할수록 기능은 개선되는 듯하나 고장률도 같이 높아진다. 이 글에서 제시한 기법에는 내부회로가 복잡한 오차증폭기가 필수사항으로 추가되므로 전체적인 신뢰도는 아직 미지수로 생각된다.

저자: TZENG Ren-Huei; CHEN Chern-Lin
자료유형: 학술정보