많은 애플리케이션에서, 과전압으로부터 회로를 안전하게 보호하는 것은 매우 중요하다. 이 글은 보호 회로를 사용하여 과전압을 중화, 즉 상쇄할 수 있는 방법에 대해 설명한다.

■ 같은 전원공급장치에 연결된 다른 부하를 보호하기 위해서 서지 보호 필요

과전압은 전원 분배 시스템에서 큰 부하가 빠르게 차단될 때와 같은 상황에서 발생할 수 있다.

같은 전원공급장치에 연결된 다른 부하를 보호하기 위해서는 서지 보호가 필요하다.

그림 1은 보호가 필요한 전자 회로 앞단에 LT4363을 사용한 보호 회로 구성을 보여준다. 이 예시는 정격 전원 전압이 24V인 산업용 애플리케이션에서 가져온 것이다.
 

MOSFET의 크기를 최적화하려면 가능한 한 작은 MOSFET을 안전하게 동작시키는 시도가 이루어져야 한다.

즉, 지나치게 큰 부품을 사용하지 말고, 해당 MOSFET의 SOA 대부분을 애플리케이션에서 활용할 수 있어야 한다.

이를 위해서는 제어 IC가 현재 동작 상태를 정밀하게 파악해 MOSFET이 SOA의 안전 범위에서 동작하고 있는지 판단할 수 있어야 한다.

하지만 많은 제어 IC는 MOSFET을 통해 흐르는 전류를 측정할 뿐이다. MOSFET 양단의 전압 강하까지 함께 파악할 수 있다면 훨씬 더 정확한 판단이 가능하다.

LT4363 서지 보호 소자는 MOSFET을 통해 흐르는 전류뿐만 아니라 소스와 드레인 사이에 인가되는 전압도 함께 고려한다.

이는 MOSFET을 선형 영역에서 훨씬 더 안전하게 동작시킬 수 있으며, 결과적으로 더 작은 MOSFET을 선택해 시스템 비용을 줄일 수 있다는 것을 의미한다.

보호 메커니즘은 그림 1의 TMR 핀에 연결된 타이머 커패시터를 충전하는 방식으로 동작하며, 이 충전 속도는 측정된 전류와 드롭아웃 전압에 따라 결정된다. 만약 커패시터 전압이 1.275V를 넘으면 경고가 발생하고, 1.375V 이상이 되면 MOSFET을 완전히 차단함으로써 부품을 보호한다.
 

그림 3은 그림 1의 MOSFET Q1에 걸린 VDS 전압으로 인해 LT4363의 타이머 커패시터 전압이 어떻게 상승하는지를 보여준다.

MOSFET Q1을 통해 흐르는 전류에 대해서도 이와 유사한 충전 그래프가 존재한다.

이들 파라미터는 MOSFET의 SOA 곡선이 초과되지 않도록 보장하며, 안전한 동작과 동시에 과전압 보호를 실현한다.

■ 작은 특성이 과전압 보호의 동작 방식·적합한 MOSFET 선택에 큰 차이 만들어

과전압 보호 모듈은 겉보기에는 단순하고 특별할 것이 없어 보이지만, 작은 특성이 과전압 보호의 동작 방식과 적합한 MOSFET 선택에 커다란 차이를 만들어낼 수 있다.

※ 저자 소개
프레데릭 도스탈(Frederik Dostal)은 전원 관리 전문가로서 이 업계에서 20년 넘게 종사하고 있다. 독일의 에를랑겐 대학교에서 마이크로일렉트로닉스를 전공하고, 2001년에 내셔널 세미컨덕터(National Semiconductor)에 입사해서 FAE로서 고객 프로젝트로 전원 관리 솔루션 구현과 관련한 풍부한 경험을 쌓았다. NS 재직 시 애리조나주 피닉스에서 4년 간 근무하면서 애플리케이션 엔지니어로서 스위치 모드 전원공급장치(SMPS)를 맡았다. 2009년에 아나로그디바이스(Analog Devices)에 입사했으며, 이후 제품 라인 및 유럽 기술 지원과 관련한 다양한 직책을 거쳤다. 현재는 풍부한 설계 및 애플리케이션 지식을 바탕으로 전원 관리 전문가로서 ADI 뮌헨 지사에서 근무하고 있다.