| IP명 | Gate Driver Circuit for Reliable Operation of SiC and GaN Power Semiconductors in Power Conversion System | ||
|---|---|---|---|
| Category | Analog | Application | Gate Driver |
| 실설계면적 | 5㎛ X 5㎛ | 공급 전압 | 5V |
| IP유형 | Hard IP | 동작속도 | 10MHz |
| 검증단계 | Simulation | 참여공정 | DB180-2401 |
| IP개요 | 전력 반도체는 전기를 제어하고 변환하는 데 사용되는 반도체 소자이다. 이러한 소자는 고전력과 고전압 환경에서 전력 변환, 전력 관리, 및 전력 제어 시스템에서 사용된다. 제안하는 시스템은 기존의 gate driver가 해결하지 못했던 SiC와 GaN 소자가 보유한 단점으로 인한 신뢰성 문제를 극복하고 SiC의 높은 전압 레벨과 GaN의 빠른 스위칭 속도에서 안전하게 동작하게 하는 SiC와 GaN 전력 반도체용 gate driver 회로이다. SiC gate driver의 경우 multi-level gate driving 기술을 통해 VTH를 넘어선 지점과 miller-plateau 구간에서 gate 전류를 감소시켜 전압과 전류의 급격한 변화를 최소화하는 전략을 사용한다. 이와 같이 특정 구간에서 gate 전류를 감소시키는 전략을 제안하여 switching loss와 EMI 문제 사이에서 최적의 동작을 달성한다. 또한, 스위칭 동작 중 확실한 turn-off 상태를 유지하여 false turn-on을 방지할 수 있다는 장점이 있다. SiC 소자의 gate oxide 층에 장기간 음전압이 인가되면 손상되는 문제를 해결하기 위해 VSW 노드 전압이 안정화되면 LS 스위치의 gate에 0V를 인가하는 기술을 적용하여 신뢰도를 향상시킨다. GaN gate driver의 경우 tri-level gate driving 기술을 사용하여 스파이크 전류 및 전압을 감소시키고 gate 저항을 사용하지 않아 driving loss를 최소화할 수 있다. gate 전압이 안정화된 이후에는 RDS-ON을 낮추기 위해 큰 gate 전류를 공급한다. 이를 통해, conduction loss를 줄여 efficiency를 향상시킨다. LS gate driver에 적용된 pre-charge tracking 기술은 self-commutated loss를 줄이기 위해 사용되어 power efficiency를 높이는 것을 목표로 한다. |
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- 레이아웃 사진 -
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