[논문]파워소자의 Thermal Modeling과 LTSPICE SOAtherm 활용기법

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최성진 (울산대 전기공학부)

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그리고 Diode의 경우, 주로 오프 상태로 전환될 때 Reverse Recovery에 의한 손실과 역시 도통 손실이 존재한다. 이와 같이 파워소자의 손실을 모델링하고 방열판이나 FAN 등의 냉각장치 설계를 도와주는 방열 모델링과정 등 일련의 기초지식을 본 원고를 통해 다뤄 보고자 한다.
여기서는 최근 업데이트를 통해 추가된 열 해석 모델인 SOAtherm을 사용하여 열 해석 시뮬레이션을 진행하였다⑸ LTSPICE의 SOAtherm이라는 모델은 원래 소자의 Safe Operating Area(SOA)를 분석하는 라이브러리이다. 즉, 파워소자의 데이터시트에 있는 Transient Thermal Response Curve 그래프에서 어느 정도의 온도에 도달하였을 때 소자에 문제가 발생하는지에 대해 알 수 있다.

진행하게 된다. 회로에서 사용되는 MOSFET 의 도통손실에 의한 방열을 시뮬레이션하기위해 LTPICE에서 제공하는 두가지 라이브러리인 SOAtherm-NMOS와 SOAthenrrHeatSink를 사용하여 열 해석을 수행하였다"). 그림 8(a)의 회로에서 보면 MOSFET에 SOAtherm- NMOS를 덧붙이고 열저항값들을 설정한 뒤 Tc노드를 SOAtherm-HeatSink의 Tc와 연결하면 MOSFET에 방열판을 부착한 것과 같다.
기본적인 열등가회로를바탕으로 그림 6과 같이 실제 파워 소자와 방열판을 등가 모델화 해보았다.
편하게 확인해볼 수 있다. 본고에서는 SPICE툴을 활용하여 이를 확인해본다. 여기서 활용하는 LTSPICE는 Linear Technology사에서 배포하는 무료시뮬레이션 툴로 원래 SwitcherCAD라 불렸다.
전력전자소자의 스위칭 동작파형에 기반한 손실모델링 방법과 함께 열등가회로기반의 방열모델링방법을 간략히 알아보았다. 이러한 지식을 기반으로 열등가회로를 구성하면, 값비싼 시뮬레이션 툴을 별도로 도입하지 않고도, 본인이 가지고 있는 회로 해석프로그램에서도 간단한 열해석 정도는 가능하다고 본다.

그림 8(b)는 방열판 데이터 시트⑷에서 제공하는 방열특성곡선으로 보통 여기서는 FAN을 이용한 강제냉각을 가정하여 공기의 속도값을 200으로 설정하였다. 위와 같은 작업을 통하여 시뮬레이션을 하면 그림 8(c) 와같이 氏와 Tj에 대한 열 해석을 가능하고 그림 8(d)와 비교하면 방열판의 유무에 따라 온도 차이를 예측할 수 있으며 방열판과 냉각조건을 최적 설계할 수 있을 것이다.

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용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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