전력전자 분야에서 SiC(실리콘 카바이드), GaN(갈륨 나이트라이드) 등 와이드 밴드갭(WBG) 반도체가 주류로 부상하고 있다. 높은 전압·고속 스위칭이 가능한 이들 소자는 전기차(EV), 재생에너지 인버터, 고성능 서버 전원 등에 빠르게 확산되고 있다. 하지만 이러한 고성능 소자를 안전하고 효율적으로 동작시키기 위해서는, 전통적인 방식과는 다른 정밀한 제어가 필요하며, 바로 이 지점에서 ‘게이트 드라이버’의 중요성이 부각되고 있다.
 

WBG 반도체는 높은 전압을 견디며 스위칭 속도가 빠르기 때문에 시스템 효율을 극대화할 수 있지만, 그만큼 노이즈에 민감하고 정밀한 구동 조건을 필요로 한다. 노보센스(Novosense)의 노근동 이사는 “컨트롤러에서 나오는 저전압·저전류 신호만으로는 GaN이나 SiC 같은 고전압 디바이스를 정확히 온·오프할 수 없다”며, “게이트 드라이버는 이 신호를 파워 소자에 맞게 전압과 전류를 증폭·전환해주는 핵심 아날로그 회로”라고 설명했다.
 

게이트 드라이버의 핵심 역할은 크게 세 가지로 요약된다. 첫째, MCU나 DSP 등 디지털 컨트롤러에서 출력되는 낮은 전압 레벨의 PWM 신호를 소자의 문턱전압(threshold voltage)에 맞게 전압 시프팅하는 기능. 둘째, 스위칭 시 충분한 전류를 제공해 소자를 빠르게 온·오프하도록 돕는 드라이빙 기능. 셋째, 시스템 신뢰성을 위한 다양한 보호기능의 내장이다.

노 이사는 “최근에는 아이솔레이션, 언더볼티지 록아웃(UVLO), 쇼트 보호, 미러 클램핑 등 다양한 보호 기능을 갖춘 ‘스마트 게이트 드라이버’가 각광받고 있다”며, “파워 소자의 스트레스 홀드 전압이나 온·오프 속도에 따라 드라이버의 사양이 달라지기 때문에 선택이 매우 중요하다”고 강조했다. 그는 실제 시스템 설계 예시로, “SiC 소자의 경우 0V~15V의 게이트 전압이 기본이지만, 노이즈 민감도를 고려해 –5V의 네거티브 전압을 걸어야 하는 경우도 있어 설계 난이도가 높다”고 덧붙였다.
 

특히 GaN 소자는 SiC보다 더 빠른 스위칭 특성과 고주파 대응 능력을 제공하지만, 그만큼 노이즈에 취약하고 회로 안정성 확보가 까다롭다. 이에 따라 드라이버와 소자의 거리, 배선 구조, 구동 파라미터까지 세심하게 설계해야 한다. 노 이사는 “최근에는 GaN 디바이스와 드라이버를 원칩화해 제공하는 제품들도 나오고 있다”며, “이러한 통합형 제품은 설계 난이도를 낮추고, 벤더 간 책임소재 명확화, EMI 저감 효과까지 기대할 수 있다”고 전했다.
 

게이트 드라이버의 채택 여부는 시스템 전력 용량과 보호기능 요구사항에 따라 달라진다. 소형 시스템에서는 디스크리트 TR, 저항, 다이오드 등으로 간단한 드라이빙 회로를 구성할 수 있지만, 수백 와트 이상의 시스템이나 보호기능이 필요한 환경에서는 전문 게이트 드라이버 IC의 사용이 사실상 필수다.
 

노보센스는 기술 웨비나를 통해 자사의 하프브리지, 싱글채널, 아이솔레이션 지원, 보호기능 내장 등 다양한 게이트 드라이버 제품군을 소개할 예정이다. 특히 “하이사이드·로우사이드 전환이 필요한 하프브리지 구조에서의 드라이버 선택, Sink/Source 전류 사양 설정, 패키지 고려사항 등 실제 적용시 유의해야 할 기술 포인트들을 집중적으로 설명할 계획”이라고 밝혔다.
 

마지막으로 노 이사는 “게이트 드라이버는 단순한 스위치 제어 회로가 아니라, 전체 전력 시스템의 신뢰성과 효율을 결정짓는 기술”이라며, “전력 밀도가 높아지고 보호 설계 요구가 증가하는 요즘, 드라이버 선택은 단순한 옵션이 아니라 필수 설계 요소”라고 강조했다.
 

이번 웨비나는 실리콘 기반 전력 디바이스를 넘어 SiC, GaN 등 고속·고효율 WBG 반도체로의 전환이 가속화되는 현 시점에서, 실무자들에게 실질적인 설계 인사이트를 제공하는 자리가 될 것으로 기대된다.