Inductive Load Test (Feat.환류 다이오드)

반도체테스트/Circuit

현대타운301 2024. 6. 13. 18:00

MOSFET과 같은 Discrete 소자의 스위칭 테스트에는 clamped 테스트와 unclamped 테스트가 있습니다.

우선 전자회로 분야에서 사용되는 비슷한 용어들 먼저 정리해보겠습니다.

Clamping 회로

전자용어사전에서는 clamping의 의미를 아래와 같이 정의하고 있습니다.

AC 입력 전원을 일정 DC level로 올리거나(positive) 내리는(negative) 역할을 하는 회로를 clamping 회로라고 합니다.

아래는 positive 클램프 회로와 실제 출력 파형입니다.

* 참고로 아래와 동일한 입력 전원에 대해 다이오드의 방향이 반대인 경우 negetive 클램프 회로

Clipper

클리퍼 회로는 말그대로 입력에 대한 출력을 제한하는 회로입니다.

다이오드에 정전압을 연결해 입력 전압에 대한 출력 전압을 특정 레벨로 제한하며,

서지와 같은 전압 스파이크로 부터 회로를 보호하는 용도로 사용됩니다.

스위칭 테스트에서 clamped의 의미

결론부터 말하자면, 위에서 언급한 clipper 회로와 그 역할이 일맥상통하는 부분이 있습니다.

스위칭 테스트에서 말하는 clamped란 단어는 관습적으로 '인덕터 부하로부터 기인한 전압 스파이크를 적절히 처리함'을 의미합니다.

처리하는 방식에는 스너버 회로를 통한 방식과 환류 다이오드를 통한 방식 등이 있으며, 이번 게시글에선 환류 다이오드를 통한 방식에 대해 알아보겠습니다.

그럼 먼저 unclamped 테스트부터 살펴보겠습니다.

UIL(or UIS)

Unclamped Inductive Load(혹은 Switching) 테스트는 말 그대로 'clamp' 하지 않은 테스트를 뜻합니다.

스위치의 off 동작은 순식간에 이뤄지므로 아래와 같은 식에 의해 인덕터 부하에 매우 큰 전압이 걸리게 됩니다.

여기서 발생한 전압 스파이크는 소자에 심각한 손상을 주거나 심한 경우 파괴해 버릴 수 있습니다.

이러한 경우에 대비하기 위해 소자의 파괴 특성을 확인하기 위한 UIL 테스트를 진행합니다.

웨이퍼 레벨 테스트의 경우 보통 파괴 지점의 70%에 해당하는 power 레벨에 맞춰 L과 I값을 설정합니다.

아래는 UIL 테스트에 사용되는 회로와 각 성분의 파형을 나타낸 그림입니다.

Vgs가 0으로 떨어지는 시점(= turn off)에 D-S 방향으로 흐르던 전류가 끊기게 됩니다.

이 때 인덕터 부하에 의해 원래의 방향대로 흐르게 하려는 힘이 작용해 D-S간에 BV 레벨의 높은 전압이 걸리게 됩니다.

환류(혹은 free wheeling) 다이오드를 인덕터 부하에 병렬로 삽입하는 것으로 전압 스파이크를 clamp 할 수 있습니다.

이렇게 클램프된 상태에서 스위칭 테스트를 진행하는 것이 바로 clamped 테스트 입니다.

환류 다이오드에 의해 형성된 loop를 통해 discharging 되므로 전압 스파이크로부터 회로를 보호할 수 있습니다.

하지만 다이오드의 특성 중 하나인 Reverse-Recovery Time에 의해 디바이스 turn-on 시 해당 시간만큼 Drain Current가 증가할 수 있습니다.

*refs