SiC MOSFET 용 스위치드커패시터를 이용한 음전압 게이트 구동 드라이버 회로 설계 :Design of A Negative Voltage Gate Driver Using Switched Capacitor

한예지

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자료유형: 학위논문

저자정보: 한예지 (인제대학교, 인제대학교 일반대학원)

지도교수: 송한정

발행연도: 2018

저작권: 인제대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수16

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2018

SiC MOSFET용 스위치드 커패시터를 이용한 음전압 게이트 구동 회로 연구

한예지 , 김종현 , 김기현 외 1명 대한전자공학회 학술대회 2018.06 학술대회자료

SiC MOSFET 용 스위치드커패시터를 이용한 음전압 게이트 구동 드라이버 회로 설계

한예지 에너지융합학과 2018.01 학위논문

2017

스위치드 커패시터를 이용한 SiC MOSFET용 음전압 게이트 구동 회로

한예지 , 김기현 , 석인철 외 2명 대한전기학회 학술대회 논문집 2017.07 학술대회자료

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최근 전 세계적으로 에너지 문제가 중요하고 주목받고 있다. 에너지 절감과 높은 효율을 위한 연구과 활발히 이루어지고 있으며 전력변환장치는 가전, 교통, 송배전, 산업 등 전기가 사용되는 여러 방면에서 사용되어 전력변환 장치의 고효율화의 중요성이 더욱 부각되고 있다. 기존 Si(실리콘)기반 재료의 물성적 한계로 인해 발전 속도가 늦춰지고 있고 더 이상의 성능향상을 기대하기 어려운 상황으로 기술적 한계를 극복하기 위해 실리콘보다 우수한 물성을 가진 SiC(탄화규소)를 이용하여 전력반도체 소자를 개발하고 있다. 본 논문에서는 SiC MOSFET용 스위치드 커패시터를 이용한 음전압 게이트 구동 드라이버를 설계 하였고, Magnachip의 0.35 um High voltage 공정을 이용하여 제작하였으며, 제작된 칩 사이즈는 2.50 x 2.50 mm2 이다. SiC MOSFET은 매우 낮은 온 저항특성으로 스위칭 손실이 적고, 높은 전류 구동과 고속, 높은 주파수에서 구동이 가능한 장점을 가진다. 또한 600℃의 고온 환경에서도 낮은 온 저항 변화로 동작이 가능하다. 하지만 이러한 특성을 고려하여 SiC MOSFET의 구동 특성에 맞춘 전용 구동 드라이버가 요구된다. SiC MOSFET은 상대적으로 낮은 문턱전압을 가지기 때문에 MOSFET의 오프 구간에서 작은 노이즈에도 온 되는 현상이 발생하는 위험성이 있어 음전압 구동이 필요하다. 또한 MOSFET의 드레인 전압이 상승할 때 게이트 전압(Vg)가 상승할 수 있으며 게이트와 소스 사이에 음전압을 구동함으로써 Vg 상승을 억제할 수 있기 때문에 음전압 구동이 필요하게 된다. 상용소자를 이용하여 OrCAD 시뮬레이션과 보드 구현 측정을 통해 ?4V의 음전압 구동을 확인하였다. 본 논문에서는 음전압 구동회로를 집적화하여 고효율 소형경량화가 가능한 음전압 구동 IC를 제안하여 외부 소자 이용 등으로 복잡해진 시스템을 간소화할 수 있는 장점이 있다.
제안하는 집적화된 음전압 구동 방법을 통하여 SiC MOSFET용 게이트 드라이버 IC 구현이 가능 할 것으로 사료된다.

#게이트 구동 드라이버 #스위치드 커패시터 #음전압 구동 #SiC MOSFET

목 차
목 차 i
감사의 글 ⅲ
그림 목차 ⅴ
초록 vii
ABSTRACT ⅸ
Ⅰ. 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 목표 및 내용 4
Ⅱ. 이론적 배경 5
2.1. 게이트 드라이버 5
2.2. 스위치드 커패시터를 적용한 음전압 구동 원리 6
2.3. 스위치드 커패시터를 적용한 음전압 구동 OrCAD 시뮬레이션 8
2.4 스위치드 커패시터를 적용한 음전압 구동 보드 측정 11
Ⅲ. SiC MOSFET용 음전압 구동 회로 13
3.1 회로구성 13
3.2 스위치드 커패시터를 적용한 음전압 구동 Spectre시뮬레이션 15
3.3 핵심 회로 동작원리 17
3.3.1 데드타임(Dead time) 회로 17
3.3.2 드라이버 19
3.3.3 전압 레귤레이터 20
3.3.4 파워 MOSFET 오프 구간에서의 음전압구동 온 타임 감지 회 로 22
3.3.5 파워 MOSFET 오프 구간에서의 음전압 구동 구간 24
3.4 서브회로 설계 및 시뮬레이션 결과 26
3.4.1 밴드갭 기준 전압 회로(BGR) 26
3.4.2 Falling Edge Detector 29
3.4.3 저전압 보호회로(UVLO) 31
3.4.4 TSD(Thermal ShutDown) 33
3.4.5 전압 레벨 시프터 35
Ⅳ. SiC MOSFET용 스위치드 커패시터를 이용한 음전압 게이트 구동 드라이버 제어기 IC 칩 제작 및 측정 37
4.1 Layout 37
4.1.1 구동 IC Layout 39
4.1.2 세부 회로 Layout 38
4.2 제안하는 음전압 구동 회로의 IC 측정결과 42
4.2.1 Test Board 42
4.2.2 전압 레귤레이터 측정결과 43
4.2.3 데드타임(Dead time)회로 측정결과 44
Ⅴ. 결 론 46
Ⅵ. 참고 문헌 47

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