* 해당 게시글은 ROHM사의 application note를 참고해 작성했습니다.
서지 전압 Snubber
서지(Surge) 전압은 짧은 시간 내에 심한 파형의 변화를 일으키는 전압을 의미합니다.
트랜지스터의 스위칭 동작에서 전압/전류가 급변할 때 인덕턴스 성분에 의해 이러한 서지 전압이 발생하게 됩니다.
위 자료에서 회로상에 실선으로 표시한 부분은 turn-on 시의 전류 경로를 나태낸 것이고,
점선으로 표시한 부분은 turn-off 시에 서지에 의한 전류 경로를 나타낸 것입니다.
점선의 전류 경로를 보면 서지에 의한 전류가 Cds뿐만 아니라 Cgd, Cgs를 경유하여 흐르기 때문에 Vgs 전압에도 예기치 못한 서지를 발생시킬 수 있습니다.
이렇게 발생한 서지 전압은 회로/소자에 데미지를 야기할 수 있습니다.
Snubber 회로는 이러한 서지 전압으로 부터 회로/소자를 보호하는 역할을 하는 회로입니다.
이번 게시글에서는 다양한 스너버 회로의 토폴로지 및 서지 전압 억제 효과에 대해 알아보겠습니다.
C 스너버 회로
아래와 같이 브릿지 형태로 커패시터를 삽입하는 것으로 간단하게 스너버 회로를 구성할 수 있습니다만,
배선의 길이가 길어질 수 있기 때문에 디스크리트 소자로 구성된 회로 보단 주로 2 in 1 모듈 내부에서 사용됩니다.
하지만 커패시터의 정전 용량이 커질수록 등가 직렬 인덕턴스(ESL) 또한 커지게 됩니다.
이 때 ESL은 스너버 회로의 배선에 의해 형성된 배선 인덕턴스(Lsnb)에 더해지는데,
이 값이 기판 배선의 인덕턴스(Lmain) 값을 넘지 않도록 주의해야 합니다.
RC 스너버 회로
디바이스에 각각 RC 직렬 터미널을 연결해 아래와 같이 RC 스너버 회로를 구성할 수 있습니다.
하지만 디바이스가 turn-on 될 때마다 Csnb에 축적된 모든 에너지를 Rsnb에서 소비하므로 소비 전력을 고려해야 합니다.
해당 토폴로지의 특징은 스위칭 주파수가 높아짐에 따라 소비 전력 또한 크게 증가하는데,
이로 인해 Csnb를 일정 수준 이상으로 키우지 못해 서지 억제효과가 한정적이게 됩니다.
RCD 스너버 회로
RCD 스너버 회로는 RC 스너버 회로의 저항에 다이오드를 병렬로 삽입해 구성할 수 있습니다.
이 때 발생한 서지는 다이오드만을 경유하므로 서지 흡수가 효과가 높아 실용적인 회로 구성이라 할 수 있습니다.
하지만 다이오드의 특성 상 Reverse-Recovery Time이 존재하기 때문에 해당 값이 작은 다이오드를 사용해야 합니다.
Snubber 회로의 효과
아래는 RCD 스너버 회로의 서지 억제 효과를 테스트 하기 위한 회로와 그 결과입니다.
테스트 결과를 보면 스너버 회로의 유무에 따라 서지 전압이 최대 12% 절감된 것을 알 수 있습니다.
이러한 서지 억제 효과로 인해 스위칭 손실이 감소하게 되면 컨버터의 변환 효율 또한 증가할 수 있습니다.
* refs
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