올바른 게이트 드라이버 선택

전기적인 특성과 성능 때문에 광대역 갭 기술로 전환해야 하므로, 신중한 접근 방식과 컴패니언 부품 선택이 필요하며 실리콘을 사용한 설계와는 완전히 다른 과제를 제시합니다. 스위칭 손실을 더 최소화하기 위해 광대역 갭 FET는 게이트 커패시턴스를 빠르게 충전하고 방전할 수 있는 적절한 게이트 드라이버가 필요합니다. 기존의 실리콘 MOSFET 게이트 드라이버는 적절한 전압 조정을 제공하지 못하거나 광대역 갭 설계에서 높은 공통 모드 전압 과도를 처리할 수 없기 때문입니다.

그림 2에서 보듯이, 스위칭 이벤트가 발생할 때 스위칭 노드의 전압 변화는 드라이버의 기생 커패시턴스를 통해 전류 흐름을 생성합니다. 드라이버에 충분한 공통 모드 과도 내성(CMTI)이 없으면 그림 3에 나와 있는 것처럼 공통 모드 전류로 게이트 드라이버 오작동을 유발할 수 있습니다.

게이트 드라이버 문제와 CMTI 문제를 해결하기 위해 엔지니어는 밀러 클램프, 높은 CMTI 정격, 조정 가능한 회전율 기능을 갖춘 새로운 게이트 드라이버를 사용하여 관통 또는 게이트 드라이버 오작동을 방지할 수 있습니다. TI의 UCC5880-Q1 강화 절연 게이트 드라이버의 경우 안전 및 성능 목표를 달성하면서 전력 밀도를 높이고 시스템 설계 복잡성과 비용을 줄일 수 있는 기능인 실시간 가변 게이트 드라이브 강도를 최대 20A까지 갖추고 있습니다. TI의 300kW DC/AC 고전력, 고성능 차량용 SiC 트랙션 인버터 레퍼런스 설계는 다양한 부하 조건에서 주행 속도를 조정함으로써 여기서 논의된 효율과 과제를 해결하는 방법을 보여줍니다.

스위칭이 빠르다는 것은 스위칭 손실이 낮다는 것을 의미하지만 원치 않는 전압 링잉 및 공통 모드 잡음 문제가 발생할 수도 있습니다. 그림 4에서는 개별 게이트 드라이버가 있는 GaN FET를 보여줍니다. 두 장치 자체의 기생 인덕턴스뿐 아니라 연결 구리의 PCB(인쇄 회로 보드) 트레이스 인덕턴스도 있습니다. 구동 루프의 총 인덕턴스는 GaN FET V_DS 전환을 늦추기 때문에 GaN FET가 줄일 수 있는 스위칭 손실을 제한합니다. LMG3526R030(그림 5 참조)과 같은 TI GaN FET가 동일한 패키지에 게이트 드라이버를 통합하는 이유가 여기에 있습니다. 게이트 드라이버를 통합한 경우 PCB 인덕턴스(L_{g_pcb} 및 L_{s_pcb})이 없습니다. 또한 켈빈 소스 연결은 게이트 드라이브 루프(L_cs 최소화)를 위해 제작됩니다. 따라서 TI GaN FET는 높은 과도 전압에서 스위칭할 수 있으며, 그에 따라 스위칭 손실이 최소화됩니다.