게이트 드라이버 IC 선택 방법

요즘에는 CPU에 통합되었든 별도의 구성 요소로 제공되었든, 트랜지스터는 모든 모양과 크기로 제공됩니다. 모든 트랜지스터는 ON 및 OFF 상태 사이를 전환하기 위해 일정한 전류가 필요하며, 이를 통해 장치를 통해 전류가 흐르게 합니다. 물리적으로 크거나 전류 출력 측면에서 큰 트랜지스터는 전환을 위해 더 많은 전력을 필요로 합니다. 이 전력은 컨트롤러와 전력 트랜지스터 사이의 버퍼를 제공하기 위해 전문화된 게이트 드라이버 IC에 의해 제공될 수 있습니다.

모든 응용 프로그램이 게이트 드라이버 IC를 필요로 하는 것은 아닙니다. 고주파 응용 프로그램은 트랜지스터 증폭기를 전환하기 위해 필요한 전력을 제공하기 위해 트랜시버 또는 기타 RF 구성 요소 내부에 최적화된 게이트 드라이버 회로를 포함할 수 있으며, RF 전력 증폭기에서도 마찬가지입니다. 이러한 구성 요소는 필요한 스위칭 전력을 제공하는 동시에 다른 중요한 구성 요소를 보호함으로써 전력 시스템의 중요한 부분입니다. 다음은 이러한 구성 요소의 작동 방식과 게이트 드라이버 IC를 선택하는 방법입니다.

게이트 드라이버 IC를 사용하는 이유는?

위에서 언급했듯이, 게이트 드라이버 IC는 IGBT나 MOSFET과 같은 고전력 트랜지스터에 고전류를 제공하여 완전히 도전 상태로 구동하기 위해 사용됩니다. 이러한 구성 요소는 MCU나 기타 컨트롤러 IC와 같은 다른 구성 요소로부터 저전력 입력을 받습니다. 이런 방식으로, 게이트 드라이버 IC는 MCU와 트랜지스터 사이의 버퍼처럼 작동합니다. 게이트 드라이버 IC의 신호 체인에 대한 전형적인 배열은 아래에 나와 있습니다.

게이트 드라이버 IC의 신호 체인

게이트 드라이버의 기본 목적은 대형 트랜지스터를 구동하기 위한 증폭기 역할을 하는 것이지만, 스위칭을 위해 전문화된 게이트 드라이버 IC를 사용하는 더 깊은 이유가 있습니다. 전문화된 게이트 드라이버 IC를 사용하는 주요 목표는:

1. 부하 트랜지스터의 스위칭 손실 줄이기

2. 부하 트랜지스터의 스위칭 시간 감소

3. 트랜지스터를 완전히 도전/비도전 상태로 구동

세 번째 목표는 모든 게이트 드라이버에서 제공되는 것은 아니지만, 부하와 컨트롤러 사이에 격리를 제공하는 것입니다. 이는 게이트 드라이버 내부의 작은 내부 변압기에 의해 제공되며, 이러한 구성 요소는 격리된 게이트 드라이버라고 불립니다.

모든 트랜지스터는 일부 비선형 용량을 가지고 있으며, 즉, 그들은 바랙터처럼 작동합니다. 부하 트랜지스터가 스위칭될 때, 게이트 영역에 일부 전하가 남아 현재의 비도전 또는 도전 상태를 유지합니다. 다른 전류 펄스가 적용되면, 스위칭 신호가 느리거나 저전류에서 작동할 경우 트랜지스터에서 고열이 발생할 수 있습니다. 높은 전류에서 스위칭 신호를 적용하면 상태 간의 더 빠른 전환을 손실 없이 제공합니다.

위에 표시된 배열과 고전력 트랜지스터의 완전하고 빠른 변조가 필요함은 고전력 부하가 완전한 스위칭과 변조를 요구하는 어떤 응용 프로그램에서도 게이트 드라이버 IC가 중요하게 만듭니다. 만약 우리가 MCU를 사용하여 이를 수행한다면, MCU에서 큰 전류를 끌어내는 것이 과열되어 실패할 수 있으므로 게이트 드라이버가 필요합니다. 세 가지 전형적인 응용 프로그램은 스위칭 DC-DC 변환기, 전력 인버터 및 모터 드라이버 회로에 있습니다.

DC-DC 변환

게이트 드라이버가 컨트롤러로부터 입력을 받으면, 단일 트랜지스터 또는 병렬로 연결된 여러 트랜지스터에 고전류를 출력합니다. 병렬로 연결된 트랜지스터 배열이 특히 IGBT나 MOSFET에서 공통적이며, 고전류 출력을 가진 스위칭 DC-DC 변환기에서 흔히 볼 수 있습니다. 이러한 유형의 시스템은 대형 트랜지스터 배열이 완전히 전도 상태로 전환하기 위해 여러 암페어의 전류가 필요한 경우에 필요하며, 이는 고전력 변환기에서 전형적입니다.

신호 체인에서의 배치 측면에서, 게이트 드라이버는 아래 이미지에 표시된 것처럼 피드백 루프 내에 위치할 것입니다. MCU는 간단한 제어 알고리즘을 구현하는 데 사용될 수 있어 안정적인 전압 출력을 제공하거나 사용자 입력에 응답하여 출력 전압을 변경할 수 있습니다. 변환기에서 고전류 규제가 원하는 경우, 제어 알고리즘에서 사용할 정확한 전류 측정을 제공하기 때문에 MCU/PWM 드라이버 앞의 피드백 루프에 전류 감지 증폭기가 사용될 수 있습니다.

DC-DC 변환을 위한 피드백 루프 내의 게이트 드라이버 IC.

전력 인버터

이것은 DC-DC 변환과 관련이 있지만, 우리는 이제 진동하는 파형을 생성하기 위해 지속적으로 전환하고 있습니다. 이 응용 프로그램에서는 DC 소스와 컨트롤러를 출력 측과 격리시키는 격리된 게이트 드라이버가 필요합니다. 부하 측에서는 반전 논리가 사용되며, 게이트 드라이버는 저전류 오실레이터 파형으로 공급됩니다.

모터 드라이버 회로

이 원리 응용 프로그램은 PWM 신호로 구동되는 트랜지스터를 포함합니다. 이 경우, 게이트 드라이버는 PWM 신호를 받아 증폭된 고전류 버전의 PWM 신호를 출력합니다. 이것은 그 다음 모터를 구동하기 위해 트랜지스터 배열로 전송됩니다. 예로는 스테퍼 모터와 브러시 모터 구동이 포함됩니다. 이 응용 프로그램에서는 MCU/컨트롤러와 출력 측의 모터 사이에 위치하기 때문에 일반적으로 격리된 게이트 드라이버가 사용됩니다.

중요한 게이트 드라이버 사양

출력 전류는 확인해야 할 가장 중요한 사양이며, 이 사양은 트랜지스터 사양과 비교해야 합니다. 게이트 드라이버 IC를 선택할 때 검토해야 할 몇 가지 다른 중요한 사양은 다음과 같습니다:

• 게이트 드라이버의 유형. 게이트 드라이버에는 네 가지 유형이 있습니다:

• • 하이사이드: 이들은 양의 전원 레일에 연결되어 있으며 접지 참조 연결이 없는 전력 트랜지스터를 구동하는 데 사용됩니다.

  • 로우사이드: 이들은 참조 연결이 없는 음의 전원 레일에 연결된 트랜지스터를 구동하는 데 사용됩니다.

  • 하프 브리지: 이 구성요소들은 로우사이드 및 하이사이드 드라이버 회로를 포함하여 더욱 유연합니다.

  • 삼상: 이 게이트 드라이버들은 삼상 시스템에서 사용됩니다.

• 상승 및 하강 시간. 이는 스위칭 손실을 줄이는 데 중요합니다. 특히, 더 빠른 상승/하강 시간으로 스위칭하면 트랜지스터의 스위칭 손실이 줄어듭니다.

• 최대 주파수. 이는 위의 세 가지 응용 프로그램 모두에서 중요합니다.

• 온도 등급. 이 구성요소들은 고전력에서 작동하기 때문에 냉각을 위해 방열판이 필요할 수 있습니다.

ON Semiconductor의 FAN73912MX 게이트 드라이버 IC는 하프 브리지 구성으로 연결될 수 있는 고전력 구성요소의 한 예입니다. 아래에 표시된 응용 회로는 고전압 시스템에서 컨트롤러와 함께 고전력 게이트 드라이버를 통합하는 방법을 보여줍니다.

FAN73912MX 게이트 드라이버 IC 응용 회로. FAN73912MX 데이터시트에서.

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