1947년에 시작된 이래로, 실리콘 트랜지스터는 현대 전자제품의 주요 품목이 되었습니다. 트랜지스터 기반 컴포넌트는 거의 모든 산업, 애플리케이션 및 저전압 회로에 타의 추종을 불허하는 전력 및 신호 제어를 제공합니다. 트랜지스터 기능이 증가함에 따라 회로 최적화는 다운스트림 하드웨어를 보호하는 데 매우 중요합니다.
IGBT용 스너버 커패시터
고전압 트랜지스터를 사용하는 일부 산업에서는 관련 주변 회로가 효율적이며 고전압, 고주파 작동에서 흔히 볼 수 있는 유해 효과로부터 보호되도록 구체적인 예방 조치를 취해야 합니다. 고압 IGBT 회로에서 흔히 볼 수 있는 고주파 시스템 효과의 결과인 전기 배선의 기생 인덕턴스를 줄이기 위해 스너버 커패시터를 사용하는 방법에 대해 알아보겠습니다.
IGBT란 무엇입니까?
절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)는 경쟁력 있는 속도와 훨씬 낮은 신호 전압으로 높은 소스 전압을 제어하므로 주로 중출력 고주파 스위칭 애플리케이션에 사용됩니다. 기저로 흐르는 전류에 의존하는 다른 전력 트랜지스터와는 달리, 전류는 게이트를 통해 IGBT로 흘러 트랜지스터의 신호로 작용합니다. 이 설정은 낮은 온 스테이지 전압 강하 및 온상태 전류 밀도와 같은 특성을 허용하므로 고출력 제어 시스템에 유리합니다. IGBT는 고전압 및 높은 전환 속도가 중요한 용도(예:
)에서 주로 사용됩니다.- • 전기차
- • 에어컨
- • 가변 주파수 드라이브
- • 산업 장비
고출력 및 고주파 기능을 갖춘 IGBT는 스위치를 끌 때 놀라울 정도로 서지가 발생하기 쉽습니다. 이는 종종 주변 회로 배선의 기생 인덕턴스에 의해 발생합니다.
커패시터 기생 인덕턴스: 고출력 IGBT 모듈
대부분의 고출력 회로 애플리케이션은 시스템 전체에 전력을 분배하는 데 사용되는 대량의 배선을 포함합니다. 이 배선에는 기생 인덕턴스라고 하는 자체 인덕턴스 값이 있습니다. 이는 대규모 배선 시스템뿐만 아니라 가장 작은 저항기를 포함한 모든 컴포넌트에도 해당됩니다.
그러나 이 인덕턴스의 시스템 영향은 대량의 질량과 배선을 포함하는 고출력 시스템에서 복잡해집니다. EV의 파워트레인에서 필요한 배선의 양을 떠올려 본다면, 배터리 시스템 주변의 전력을 제어 시스템 및 궁극적으로는 드라이브트레인까지 분배하기 위해 수 마일의 제어 와이어와 대량의 고전압, 고전류 배선이 필요합니다. 결합된 경우, 많은 양의 배선은 기생 인덕턴스의 큰 값을 생성하기 쉽습니다. 시스템이 이 인덕턴스의 부정적인 영향을 효과적으로 완화할 수 없는 경우, 오프 상태 IGBT와 같은 회로의 다른 컴포넌트를 손상시킬 수 있습니다.
IGBT는 매우 높은 주파수에서 전환되기 때문에 시간이 지남에 따라 특히 이러한 현상이 발생하기 쉬우며, 궁극적으로 컴포넌트의 수명 동안 많은 양의 온/오프 상태로 이어집니다. 예를 들어, 장치(A)가 10Hz 주파수에서 1년 동안, 장치(B)가 100Hz 주파수에서 1년 동안 전환되는 경우 장치(B)는 장치(A)의 10배만큼 온/오프 상태에 있습니다. IGBT의 경우, 고주파수는 표준 트랜지스터보다 훨씬 더 많은 온/오프 상태에 노출되어 부품의 수명 동안 기생 인덕턴스로 인한 서지의 결과로 열화와 고장이 발생하기 쉽습니다.
스너버 커패시터란 무엇입니까?
신중하게 배치된 스너버 커패시터는 IGBT 시스템에서 기생 인덕턴스의 영향을 완화하고 고출력 시스템에서 인덕턴스가 발생하기 쉬운 재료를 사용하는 것과 관련된 일부 위험을 제거합니다. 적절한 크기의 스너버 커패시터 또는 스너버 커패시터 배열을 사용하는 설계는 기생 인덕턴스 서지의 크기를 크게 줄이고 IGBT 시스템의 '장기' 고조파 링을 줄일 수 있습니다. 더 큰 값의 커패시터를 스너버 커패시터로 사용하면 전체 서지 값이 더 잘 감소하지만 시스템 고조파에서 바람직하지 않은 링잉이 발생할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 스너버 커패시터를 사용하면 오프 상태 기생 인덕턴스로 인한 서지 중에 IGBT 게이트를 망칠 가능성을 크게 줄일 수 있습니다.
스너버 커패시터 유형
고주파 커패시터는 회로의 성능을 향상시키도록 설계되었지만, 높은 전환 속도 성능을 보다 효율적으로 활용할 수 있는 IGBT의 능력을 증가시켜 잠재적으로 고주파 제어를 가능하게 합니다. 고성능 커패시터는 까다로운 시스템 효과에도 대처할 수 있어야 하므로 고성능, 고출력 회로에서 사용하기에 이상적입니다. Tech Web이 스너버 커패시터 배치를 분석할 때, 그들은 다양한 커패시터 구성과 유형이 어떻게 수행되는지, 특히 스너버 커패시터 설계의 다양한 직렬 및 병렬 구성을 테스트했습니다. 두 개의 대형 Nippon Chemi-Con 필름 콘덴서를 두 개의 세라믹 Murata 커패시터의 배열과 비교한 결과, 세라믹 커패시터는 대형 필름 커패시터보다 거의 두 배나 효과적인 서지 억제 효과를 자랑했습니다.
IGBT 스너버 커패시터 선택 및 설치
IGBT 회로에 스너버 커패시터를 설계할 때는 IGBT와 관련된 위치가 중요합니다. 스너버 커패시터는 시스템 전체의 기생 인덕턴스를 최소화하려 시도하기 때문에 스너버 커패시터와 IGBT 사이의 "시스템"의 양을 최소화하는 것도 매우 중요합니다. 스너버 커패시터가 IGBT에서 멀리 떨어져 있으면 두 컴포넌트 어셈블리 사이의 물질이 원치 않는 기생 인덕턴스를 형성하고 더 나아가 고조파 서핑을 형성할 수 있습니다. 스너버 커패시터와 IGBT가 가까울수록 IGBT는 기생 인덕턴스로 인한 서핑을 덜 인식합니다.
IGBT용 스너버 커패시터 설계
전체 회로가 손상되지 않도록 스너버 커패시터 설계를 테스트합니다. Tech Web의 분석은 서로 다른 스너버 커패시터 컴포넌트 및 구성이 스위칭 이벤트 중 서지 충격에 큰 영향을 미칠 수 있음을 입증했습니다. 커패시터 크기 및 품질과 같은 일부 매개변수는 제어할 수 있지만, 회로의 최종 시스템 효과는 제어하지 못할 수 있습니다. 최상의 스너버 커패시터 설계를 선택하려면 유의미한 테스트를 하는 것이 바람직합니다. 궁극적으로, 회로를 작동시키는 데 필요한 방법과 IGBT의 급증에 대한 내성에 따라 커패시터를 신중하게 선택하십시오.
