항복 전압으로 판단한 TVS

태그: 보호 플라이백

증상

플라이백의 스위치가 고장 나거나, 턴오프 때 드레인 전압이 1차 측 클램프를 고를 때 기준으로 삼은 값보다 높이 치솟습니다. 그런데 TVS의 항복 전압(breakdown voltage)은 스위치 정격에 대해 여유가 있었습니다.

원인

TVS는 항복 전압에서 도통하기 시작하지만, 전류를 흘리는 동안에는 클램핑 전압(clamping voltage), 곧 항복 전압에 동저항(dynamic resistance)과 전류의 곱을 더한 전압을 유지합니다 [STMicroelectronics 2022] (클램핑 전압). 데이터시트의 클램핑 전압은 표준 펄스의 피크 전류에서의 최댓값이고, 동저항은 펄스 길이에 따라 달라지며, 항복 전압은 온도에 따라 올라갑니다 [STMicroelectronics 2022]. 플라이백에서 클램프는 턴오프 때 누설 인덕턴스의 전류를 받고, 스위치에는 입력 전압에 클램프 전압을 더한 전압이 걸립니다 (클램프가 도통하는 동안의 스위치 전압).

클램프 도구의 예제에서, 60 V에서 항복하고 10 A 펄스에서 90 V로 클램프하는 TVS의 동저항은 3 Ω입니다. 플라이백의 2 A에서 이 TVS는 66 V를 유지하고, 정격이 150 V인 스위치에는 138 V가 걸립니다.

확인 방법

그 전압에 맞는 정격의 프로브와 짧은 접지 연결로 턴오프 때의 드레인 전압을 포착하십시오(프로브). 오프라인 컨버터처럼 1차 측 접지가 오실로스코프의 대지 접지가 아니라면, 그 전압에 맞는 정격의 차동 프로브(differential probe)를 쓰십시오. 프로브의 접지선은 오실로스코프의 대지 접지에 연결되어 있기 때문입니다(게이트 구동). 클램프가 도통하는 동안 드레인은 입력 전압에 클램프 전압을 더한 값에 머뭅니다. 그 평탄부를 실제 피크 전류에서의 클램핑 전압과 비교하고, 그 피크를 스위치의 정격과 비교하십시오.

해결

TVS는 실제 피크 전류와 가장 높은 온도에서의 클램핑 전압으로, 스위치 정격에 여유를 두고 고르십시오. 클램프 점검 도구가 데이터시트의 항복 전압과 클램핑 전압으로 이를 계산합니다. 클램프 전압은 반사된 출력 전압보다도 충분히 높게 유지하십시오. 반사 전압에 가까운 클램프 전압은 누설 에너지보다 훨씬 많은 에너지를 가져갑니다 [Kollman 2024].

참고 자료

• [STMicroelectronics 2022]: 항복 전압과 동저항으로 구하는 응용 전류에서의 클램핑 전압과, 데이터시트의 클램핑 전압이 뜻하는 것.
• [Kollman 2024]: 반사 전압에 가까운 클램프 전압은 전력을 낭비합니다.
• 스너버와 클램프와 클램프 점검 도구.