MOSFET을 스위칭 소자로 사용할 때 발열과 주파수의 관계가 궁금

Question

모터 제어용 PWM 회로를 구성할 시 게이트 저항의 크기를 조절하는 것이 스위칭 속도와 노이즈 사이에 어떤 상관관계를 가지는지 설명 부탁합니다.

Answer 1

안녕하세요. 서수용 전기기사입니다.

모터 제어용 PWM 회로에서 MOSFET의 게이트 저항 값은 스위칭 속도와 전자기적 노이즈, 발열 특성 사이에서 중요한 균형점을 결정하는 요소입니다. 게이트 저항을 어떻게 설정하느냐에 따라 스위칭 특성이 크게 달라집니다.

먼저, 게이트 저항의 역할부터 살펴보면, 게이트 저항은 드라이버에서 스위칭 소자의 게이트로 충·방전되는 전류를 제한하는 역할을 합니다. MOSFET의 게이트는 커패시터 성질을 가지므로, 스위칭 시 게이트 전하를 빠르게 충전·방전해야 소자가 빠르게 ON/OFF 됩니다. 이때 게이트 저항이 작으면 더 큰 전류가 흐를 수 있어 게이트 전압이 빠르게 상승·하강하게 되고, 결과적으로 스위칭 속도가 빨라집니다.

Answer 2

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

MOSFET 발열은 주파수가 높아질수록, 켜고 끄는 횟수가 많아질수록, 비례해서 증가하므로 설계시 주의가 필요해요. 게이트 저항을 줄이면 스위칭 속도가 빨라져서 발열은 줄어듭니다. 하지만, 급격한 전류 변화로 인해 노이즈가 심해집니다. 반대로 저항을 키우면 노이즈는 억제되지만은, 스위칭 시간이 길어지면서 열이 많이 발생하게됩니다. 결국 효율적인 모터제어를 위해서는 발열과 노이즈 사이의 적절한 균형점을 찾는것이 핵심입니다. 감사합니다.