트랜지스터 회로의 Dead Time과 Shoot-through

PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 출력하는 트랜지스터 회로는 다음 그림과 같다.

 

 

회로에서 윗쪽(High side)의 트랜지스터 Q1이 ON 되고 아랫쪽(Low side) 트랜지스터 Q2가 OFF 되면 출력 Vo이 Vp가 되고 반대로 Q1이 OFF 되고 Q2가 ON 되면 출력 Vo이 0이 된다.

 

PWM 신호는 다음 그림과 같이 위와 아래 트랜지스터에 반전된 신호를 인가한다. 예를 들어 20kHz 캐리어 주파수를 가지는 PWM 신호를 트랜지스터의 Gate에 인가한다면 각각의 트랜지스터에서 스위칭이 1초에 4만번 발생한다. (한주기에 ON-OFF 한번, OFF-ON 한번)

 

 

Q1과 Q2 트랜지스터가 동시에 ON 되어 전원이 Short 되는 상황이 발생할 때를 Shoot-through라고 부른다. 위의 그림과 같이 PWM 신호를 인가하면 짧은 순간 Shoot-through가 발생한다. 왜냐하면 트랜지스터를 스위칭하는데 짧은 시간이지만 스위칭 시간이 필요하기 때문이다. 이와 같은 Shoot-through를 방지하기 위해 Gate에 인가되는 PWM 신호에 Q1과 Q2 모두가 OFF가 되는 Dead Time을 다음과 같이 넣어준다.

 

 

트랜지스터 스위칭시 순간적인 Shoot-through가 발생하면 처음에는 동작하는데 이상이 없지만 트랜지스터에서 발열이 많아지고 계속해서 동작시키면 결국 트랜지스터가 타버리고 만다. 이럴때는 Dead Time이 적절한지 확인해 봐야한다.

 

위에서 Q1과 Q2에 서로 반전된 신호를 인가하는 가장 기본적인 Complementary PWM의 예를 보였지만 PWM을 인가하는 방법은 많은 종류가 있고 각각의 장단점을 가지고 있다.

 

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