인버터 탑재 에어컨의 저전력화에 기여하는 600V Super Junction MOSFET
PrestoMOS(프레스토모스)™”
업계 최고 속도의 역회복 시간 및 설계 자유도 향상을 실현하는 「R60xxJNx 시리즈」 30기종 라인업 구비

2019년 4월 3일

※2019년 4월 3일 현재 로옴 조사

<개요>

패키지 이미지

로옴 주식회사 (본사 : 교토)는 에어컨, 냉장고 등 백색가전의 모터 구동 및 EV 충전 스테이션에 최적이며, 업계 최고 속도의 역회복 시간 (trr※1))과 설계 자유도 향상을 실현하는 600V 내압의 Super Junction MOSFET (이하, SJ-MOSFET) “PrestoMOS (프레스토모스)TM”에 새롭게 「R60xxJNx 시리즈」 30기종의 라인업을 구비하였습니다.
이번에 개발한 신 시리즈는, 기존품과 같이 로옴의 독자적인 라이프 타임 제어 기술을 구사함으로써, 업계 최고 속도의 역회복 시간 (trr)을 실현하였습니다. 이로써, IGBT 대비, 경부하 시의 전력 손실을 약 58% 저감시키는데 성공하였습니다.
또한, MOSFET를 ON시키기 위해 필요한 전압 기준을 높임으로써, 손실 증가의 원인 중 하나인 셀프 턴 온 현상※2)이 발생하지 않습니다. 내장 다이오드의 특성을 최적화함으로써, SJ-MOSFET 특유의 소프트 리커버리 지수※3)를 개선하여 오동작의 원인이 되는 노이즈를 저감하였습니다. 이를 통해, 고객측에서의 회로 최적화의 장벽이 낮아짐에 따라, 설계 자유도가 향상됩니다.
본 시리즈는 이미 월 10만개의 생산 체제로 순차 양산을 개시 (샘플 가격 180~엔, 세금 별도)하였습니다. 생산 거점은 전공정 로옴 아폴로 주식회사 (후쿠오카), 후공정 ROHM Korea Corporation (한국)입니다. 아울러 3월부터 각종 부품 유통 사이트를 통해 온라인 판매를 시작하였습니다.

 

<배경>

전 세계의 전력 수요 중, 약 50%가 모터 구동에 사용된다고 일컬어지고 있으며, 신흥국에서의 백색가전 보급에 따라, 모터 구동에 의한 전력 소비는 해마다 증가할 것으로 예상되고 있습니다. 에어컨 및 냉장고를 비롯하여, 백색가전의 모터 구동용에는 인버터 회로가 사용되며, 인버터 회로의 스위칭 소자는 일반적으로 IGBT가 사용되고 있습니다. 그러나, 최근의 저전력 성능화 흐름에 따라 기기의 정상 동작 시의 저소비전력화에 효과가 있는 MOSFET로 변경되는 추세입니다.
이러한 상황에서, 로옴은 2012년에 처음으로 업계 최고 속도의 역회복 특성을 지닌 파워 MOSFET인 PrestoMOSTM의 양산을 개시하여, 어플리케이션의 저소비전력화를 실현함으로써, 매우 높은 평가를 얻고 있습니다.

 

<PrestoMOSTM란>

고속 trr 사양 600V SJ-MOSFET 성능 비교 (30A 제품)

Presto란, 이탈리아어를 사용한 음악용어로 「매우 빠르게」라는 의미입니다.
일반적으로 MOSFET는 고속 스위칭 및 저전류 영역에서의 도통 손실이 낮다는 메리트가 있습니다. 예를 들어, 에어컨의 경우, 정상 동작 시의 저소비전력화에 효과적입니다. PrestoMOSTM는 이러한 저전류 영역에서의 저소비전력화에 기여하는 업계 최고 속도의 역회복 시간 (trr)을 특징으로 하는 로옴 오리지널 파워 MOSFET입니다.

※PrestoMOS는 로옴의 등록 상표입니다.

<설계 자유도 향상의 포인트>

스위칭 속도의 고속화와 셀프 턴 온 현상, 노이즈 발생은 트레이드 오프 관계이므로, 고객은 회로 설계 시 게이트 저항 등을 조정함으로써, 이러한 사항을 최적화할 필요가 있습니다. 로옴의 R60xxJNx 시리즈는 셀프 턴 온 현상 및 노이즈 대책을 실시하여, 일반품인 고속 trr 사양의 SJ-MOSFET에 비해 고객의 설계 자유도 향상에 기여합니다.

1. 손실 증가를 방지하는 셀프 턴 온 대책

MOSFET에 구조상 존재하는 기생 용량을 최적화함으로써, 스위칭 시에 의도하지 않은 게이트 전압을 20% 삭감하였습니다. 또한, MOSFET를 ON시키기 위해 필요한 전압 임계치 (Vth)를 약 1.5배로 확대하여, 셀프 턴 온 현상이 발생하기 어렵게 설계하였습니다. 따라서, 고객 측에서 실시하는 게이트 저항 등을 통한 손실 조절 범위가 확대됩니다.

2. 리커버리 특성 개선을 통한 노이즈 저감

리커버리 파형 비교

일반적으로, SJ-MOSFET의 내장 다이오드에 있어서 리커버리 특성은 하드 리커버리입니다. 그러나 로옴의 R60xxJNx 시리즈는 구조를 최적화함으로써, 기존품 대비 소프트 리커버리 지수를 30% 개선하여, 업계 최고 속도의 역회복 시간 (trr)을 유지함과 동시에, 노이즈를 저감하는데 성공하였습니다. 이에 따라, 고객 측에서의 게이트 저항 등을 통한 노이즈 조절이 용이해집니다.

 

<라인업>

Package
  TO-252
(DPAK)
[SC-63]
TO-263
(LPT(S) D2PAK)
[SC-83]
TO-220FM TO-3PF TO-247
Ron typ
(mΩ)
1100 R6004JND3 R6004JNJ R6004JNX    
720 R6006JND3 R6006JNJ ☆R6006JNX    
600 R6007JND3 R6007JNJ R6007JNX    
450 R6009JND3 R6009JNJ R6009JNX    
350   R6012JNJ ☆R6012JNX    
220   R6018JNJ R6018JNX    
180   R6020JNJ R6020JNX R6020JNZ R6020JNZ4
140     R6025JNX R6025JNZ R6025JNZ4
110     ☆R6030JNX R6030JNZ R6030JNZ4
90         R6042JNZ4
64       ☆R6050JNZ ☆R6050JNZ4
45         ☆R6070JNZ4

☆ 개발중

 

<어플리케이션>

어플리케이션

에어컨, 냉장고, 산업기기 (충전 스테이션 등)

<용어 설명>

※1 trr : 역회복 시간 (Reverse Recovery Time)

스위칭 다이오드가 ON 상태에서 완전한 OFF 상태가 되기까지 걸리는 시간.

※2 셀프 턴 온 현상

MOSFET에 급격한 전압이 가해질 때, 의도치 않은 게이트 전압이 발생함으로써, 제품 고유의 임계치를 넘어 MOSFET가 Turn-on을 일으키는 현상. 이 때 발생하는 불필요한 ON 시간은 손실로 직결된다. 일반적으로, 인버터 회로와 같은 브릿지 회로에서 문제시되는 경우가 많으며, 외장 부품 추가 등의 대책이 필요하다.

※3 소프트 리커버리 지수

SJ-MOS의 리커버리 파형 이미지

일반적으로 다이오드는, 역회복 시간 (trr)이 작지만 노이즈가 발생하기 쉬운 하드 리커버리와, 노이즈가 발생하기 어렵지만 역회복 시간 (trr)이 큰 소프트 리커버리가 있다. 특히 SJ-MOSFET의 내장 다이오드는 하드 리커버리 특성이 강해지는 것이 특징이다. 소프트 리커버리 특성을 나타내는 지표로서 그림의 ta÷tb가 사용된다.

<관련 정보>

 

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