IGBT 보호 기능 - Desaturation (3)

IGBT 보호 기능 - Desaturation (2)

 

회로 설계에 대한 질문이 있어 글로 올리고자 한다.

 

 

Q. 100Ω이 아닌 500Ω 으로 하면 어떻게 될까?

 

 

결론을 말하면 Fault가 되는 Vdesat 전압 레벨에는 큰 차이가 없다.

 

100Ω일 때와 500Ω일 때의 저항에 걸리는 전압을 알아보자.  

V1 = 250uA x 100Ω = 0.025V

V2 = 250uA x 500Ω = 0.125V

 

V1과 V2일 때의 desaturation 전압을 Vdesat1, Vdesat2라 하면,

Vdesat1 = 0.025V + 5V + 2V = 7.025V

Vdesat2 = 0.125V + 5V + 2V = 7.125V

 

따라서, 큰 영향을 주지 않는다.

저항이 10kΩ나 그 이상이 된다면 유의미한 영향을 줄지 모른다.

(하지만, 권장하는 사양이 아니므로 굳이 알아보진 않는다.)

 

먼저 회로를 보자.

Rdesat의 저항값을 바꾸면서 회로에 어떤 영향을 주는지 확인해보자.

<그림 1. Desaturation 시뮬레이션 회로>

 

시뮬레이션 결과를 파형으로 비교하면 그림 2와 같다.

그림 2의 왼쪽 파형은 Rdesat = 100Ω일때, 오른쪽 파형은 Rdesat = 500Ω일 때를 나타낸다.

Vdesat의 값은 앞서 말할대로 조금 차이가 있긴 하지만, Fault가 발생하는 시점엔 큰 차이가 없다.

Fault 발생하는 시점에 영향을 주는 것은 Cblank 값이기 때문이다.

 

Rdesat의 Cblank에 충전된 전류가 방전되는 시간이 늘어난다.

이는 RC 병렬 회로와 같게 되기 때문이다.

아래에서 그림 3의 (b)를 보면서 설명한다.

 

<그림 2. Rdesat에 따른 파형 비교>

 

회로로 해석해보자.

Rdesat값에 따른 차이를 보기 전에 그림 2에 대한 회로 해석을 해보자.

 

Vdesat에 따른 해석

(a) Vdesat < 7V

아래의 그림 3을 보자.

Desaturation 회로가 동작하면 Vdesat에 7V가 입력된다.

회로가 동작하지 않을 때는 0V이다.

초기에는 거의 모든 전류가 Cblank로 흐르지만 시간이 지남에 따라 Rdesat으로 흐르는 전류가 많아진다.

그림 4에서 화살표의 크기로 전류 흐름을 나타내었다.

Cblank로 전류가 충전되면서 커패시터 양단의 전압이 상승하기 시작한다.

<그림 3. Vdesat에 따른 전류 흐름>

 

(b) Vdesat ≥ 7V

Vdesat의 값이 Vd와 VCE의 합인 7V보다 높아지므로 고장 신호를 감지한다.

Vdesat은 포화 상태에 이르게 된다.

Cblank 양단의 전압이 7V가 되면 Cblank에 흐르는 전류도 감소하면서 0이 된다.

이와 동시에 모든 전류가 Rdesat으로 흐르게 된다(그림 4).

 

<그림 4. Vdesat이 상승함에 따라 변화하는 전류 흐름>

 

다이오드를 잘못 설계해서 6V로 하면 어떻게 될까?

이미 Vd + Vce = 8V > 7V 이므로 블랭킹 시간인 2.8μs가 지난 뒤에 Fault 신호가 1이 된다(그림 5).

<그림 5. Vd가 6V인 경우>