GTO·IGBT와 스너버회로

두 소자의 정의

GTO와 IGBT는 게이트 신호로 켜고 끌 수 있는 완전 제어형 소자다.

GTO는 게이트 음(-) 전류로 턴 오프하는 전류 구동형이다.

IGBT는 MOS 게이트 전압으로 제어하는 전압 구동형이다.

구조와 구동 방식 비교

두 소자를 같은 항목으로 나란히 비교한다.

GTO는 턴 오프 때 큰 음(-) 게이트 전류가 필요해 구동 회로가 복잡하다.

IGBT는 MOS 입력 구조라 게이트 전압만으로 구동하고 구동 전력이 작다.

두 소자는 구동 방식이 달라 전력 용량과 응용 주파수대가 나뉜다.

스너버의 필요성

턴 오프 때 회로 인덕턴스에 쌓인 에너지가 큰 전압 서지를 만든다.

스너버는 스위치와 병렬로 붙는 RC 회로로, dv/dt와 과전압을 억제한다.

또 동작점을 SOA 안에 두고 스위칭 손실과 EMI를 줄인다.

스너버가 고장 나면 반도체가 파손되는 경우가 대부분이다.

과전압 계산 예제

가상의 인버터로 과전압을 계산한다. 직류 링크 1,000 V, 인덕턴스 1 μH다.

턴 오프 시간 2 μs 동안 500 A가 줄어 di/dt는 250 A/μs다.

과전압 ΔV는 1 μH × 250 A/μs = 250 V다. 소자 전압은 1,250 V가 된다.

인덕턴스 에너지는 0.5 × 1 μH × 500² = 0.125 J이고, 커패시터가 이를 흡수한다.

헷갈리는 점과 직접 풀기

헷갈리기 쉬운 점을 정리한다.

첫째, GTO는 전류 구동이라 턴 오프 때 음(-)의 대전류 게이트 펄스가 필요하다.

둘째, 스너버 다이오드는 턴 오프 때 저항을 우회시켜 dv/dt 보호를 높인다.

셋째, 스너버 커패시터는 자기 인덕턴스와 ESR이 매우 낮아야 한다.

정리

정리한다. GTO는 음(-) 전류로 턴 오프하는 완전 제어형 사이리스터다.

IGBT는 MOS 게이트 전압으로 구동하며 구동 전력이 작다.

스너버는 전압 스파이크와 dV/dt를 억제하고 에너지를 흡수하는 보조회로다.

앞에서 낸 문제의 정답은 음(-) 대전류 펄스다.