IGBT 특성과 구동 회로

IGBT란 무엇인가

IGBT는 MOSFET의 전압 구동 입력부와 BJT의 저손실 출력부를 결합한 소자다.

게이트 전압으로 켜고 끄는, 전압 제어형 전력 반도체 스위칭 소자다.

인버터와 전동기 구동, 신재생 설비에서 폭넓게 쓰이는 핵심 소자다.

동작 원리와 구성요소

게이트에 전압을 걸면 채널이 열리고 전자 전류가 흐른다.

그 전자가 내부 영역에 정공을 주입해 드리프트 영역의 저항을 크게 낮춘다.

이 현상이 전도도 변조다. 도통 저항이 낮아 고전압·대전류 구간에 적합하다.

구성요소는 게이트, 이미터, 컬렉터, 드리프트층으로 나뉜다.

계산 예제

도통 손실은 포화 전압과 평균 전류의 곱으로 구한다.

조건은 포화 전압 2.0V, 평균 전류 20A다. 도통 손실은 40W가 된다.

턴오프 손실은 턴오프 에너지 3mJ에 스위칭 주파수 10kHz를 곱한 30W다.

총손실은 도통 손실과 턴오프 손실을 더한 70W다.

주파수를 2배로 올리면 턴오프 손실만 60W로 늘어 총손실은 100W가 된다.

데드타임

데드타임은 상하 두 소자가 동시에 도통하는 단락을 막기 위해 두는 시간이다.

두 소자가 함께 켜지면 단락이 되므로, 잠시 두 소자를 모두 끈다.

그 결과 출력 전압에 왜곡이 생기며, 이는 보상 회로로 줄인다.

데드타임이 너무 길면 출력 전압 왜곡과 고조파가 늘고 전압 이용률이 떨어진다.

정리

IGBT는 MOSFET의 게이트와 BJT의 출력 구조를 결합한 전압 구동형 소자다.

구동은 턴온에 양의 게이트 전압을, 턴오프에 음 또는 0의 전압을 쓴다.

데드타임으로 상하 단락을 막고, 손실은 도통과 스위칭으로 나눠 계산한다.

시험에서는 정의와 구동, 데드타임의 인가 이유를 함께 묻는 경우가 많다.