Electrical Characteristics of IGBT for Gate Bias under $\gamma$ Irradiation

노영환,Lho, Young-Hwan The Institute of Electronics and Information Engin 2009 電子工學會論文誌-SC (System and control) Vol.46 No.2

금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)와 트랜지스터(Transistor)와 접합형으로 구성된 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)의 게이트바이어스 상태에서 감마방사선을 조사하면 전기적특성에서 문턱전압과 전류이득의 감소가 발생한다. 저선량과 고선량에서 문턱전압의 이동은 전류의 증감에 따라 변화한다. 본 논문에서 콜렉터전류는 게이트와 에미터간의 전압으로 구동되는데 게이트 바이어스 전압과 조사량에 따라 실험하고 전기적 특성을 분석한다. 그리고 IGBT를 설계하는데 필요한 모델파라미터를 구하고 연구하는데 있다. The experimental results of exposing IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) samples to gamma radiation source show shifting of threshold voltages in the MOSFET and degradation of carrier mobility and current gains. At low total dose rate, the shift of threshold voltage is the major contribution of current increases, but for more than some total dose, the current is increased because of the current gain degradation occurred in the vertical PNP at the output of the IGBTs. In the paper, the collector current characteristics as a function of gate emitter voltage (VGE) curves are tested and analyzed with the model considering the radiation damage on the devices for gate bias and different dose. In addition, the model parameters between simulations and experiments are found and studied.

고출력 LED 모듈 역률 개선 방법 연구

노영환,Lho, Young Hwan 한국전기전자학회 2014 전기전자학회논문지 Vol.18 No.3

친환경 및 에너지 효율에 대한 관심이 증대되고 있는 가운데 LED(Light Emitting Diode)는 제어방식이 정 전류구동과 SMPS(Switching Mode Power Supply)방식으로 구동하므로 소형화 및 경량화를 이룰 수 있고 전력 소모가 적으며 효율이 높아 광원 및 조명장치에 활용하는데 유용하다. LED 생산업체는 고출력 LED 모듈의 칩 설계 원천기술의 확보가 필요하고, LED 를 조명으로 적용시키기 위해 전력손실을 줄일 수 있는 고출력 LED 모듈 개발을 위한 구동회로 설계와 역률 개선의 방안 연구가 필요하다. 산업현장에서 교류(AC) 직결 LED 구동소자인 HV9910를 일반적으로 사용하고 있다. 본 논문에서 HV9910에 PFC와 Noise Filter를 추가한 구동회로의 역률 및 효율에 대한 개선방법을 시뮬레이션을 통해 검증하는데 있다. Recently, LED (Light Emitting Diode) becomes to be useful to apply for the lightening sources in electric systems and the lightening equipment since the power is less consumed with high efficiency, and the size and the weight of LED are small and light, respectively. The LED is controlled with constant current and SMPS (Switching Mode Power Supply). It is necessary for the LED manufacturer to secure the fundamental technology of designing LED chip, and to study the methodology to improve the power factor (PF) and to design the operational circuit for the development of LED to reduce the power loss in the application of LED lightening. The direct AC (Alternating Current) LED driving circuit, HV9910, is widely used in the industry field. In this paper, it is to evaluate the improved methodology for the power factor and efficiency through simulations when PFC (Power Factor Correction) and Noise Filter are added to HV9910.

메모리소자의 논리상태의 변화를 측정하기 위한 H/W 구현

노영환(Young Hwan Lho),방효충(Hyochoong Bang) 제어로봇시스템학회 2003 제어로봇시스템학회 합동학술대회 논문집 Vol.2003 No.12

DC/DC 컨버터용 OP-Amp.의 TID 및 SEL 실험

노영환(Young Hwan Lho) 한국방사선학회 2017 한국방사선학회 논문지 Vol.11 No.3

DC/DC switching power converters are commonly used to generate a regulated DC output voltage with high efficiency. The advanced DC/DC converter uses a PWM-IC with OP-Amp. (Operational Amplifier) to control a MOSFET (metal-oxide semiconductor field effect transistor), which is a switching component, efficiently. In this paper, it is shown that the electrical characteristics of OP-Amp. are affected by radiations of γ rays using 60Co for TID (Total Ionizing Dose) testing and 5 heavy ions for SEL (Single Event Latch-up) testing. TID testing on OP-Amp. is accomplished up to the total dose of 30 krad, and the cross section() versus LET(MeV/mg/) in the OP-Amp. operation is evaluated SEL testing after implementation of the controller board. DC/DC 컨버터는 임의의 직류전원을 부하가 요구하는 형태의 직류전원으로 변환시키는 효율이 높은 전력변환기이다. 고급형 DC/DC 컨버터는 MOSFET(산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터)를 제어하기 위해 OP-Amp.(연산 증폭기)를 실장한 PWM-IC(펄스폭 변조 집적회로)를 사용한다. OP-Amp.는 증폭기 기능을 수행하는데 방사선 영향으로 전기적 특성이 변화하는데 본 논문에서는 코발트 60 (60Co) 저준위 감마발생기를 이용한 TID실험과 5종류의 중이온 입자를 이용하여 SEL 실험을 수행하는데 바이어스(bias) 전류가 순간적으로 과전류가 흘러 SEL이 발생된다. OP-Amp.의 TID 실험은 조사율은 5 rad/sec.로 전체 조사량을 30 krad 까지 수행하였으며, SEL 실험은 제어보드를 구현한 후 LET(MeV/mg/)별 cross section()을 이용하여 성능평가를 하는데 있다.

저궤도 위성체의 자세안정화 기법에 관한 연구

노영환(Lho Young Hwan),정강용(Jung Kang Yong) 제어로봇시스템학회 2001 제어로봇시스템학회 국제학술대회 논문집 Vol.2001 No.10

전원모듈 PMIC 특성평가에 관한 연구

노영환(Young Hwan Lho) 한국전기전자학회 2016 전기전자학회논문지 Vol.20 No.3

MAX77846은 MAX77826과 호환해서 최신 웨어러블 시계와 3G/4G 스마트폰용의 전력모듈(PMIC)로 사용된다. MAX77846은 주변장치의 전력을 공급하기 위해 N 채널 MOSFET와 고효율의 레귤레이터, 비교기 등으로 구성되어 있다. 또한, 완전한 적용성과 각각의 레귤레이터 출력전압을 제공하기 위해 I2C 연산을 위해 전력 on/off 제어 로직을 제공한다. 이 논문에서 MAX77846을 기반으로 한 축약된 전력 매크로 모델을 전류와 시간에 대한 배터리 전압의 상태를 검증하기 위해 설계하고 LTspice로 시뮬레이션을 수행한다. Samsung Galaxy Gear 2 용 충전된 배터리 용량이 실시간으로 주요기능을 수행하는데 흐르는 전류를 측정한 후 특정한 기능을 수행하는데 사용가능한 시간을 검증하여 차세대 전력 모듈의 설계변수로 활용하는데 있다. The MAX77846, which is compatible with MAX77826, is a sub-power management IC (PMIC) for the latest Wearable Watch and 3G/4G smart phones. The MAX77846 contains N-MOSFET (N channel Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor), a high-efficiency regulator, and comparator, etc to power up peripherals. The MAX77846 also provides power on/off control logic for complete flexibility and an I2C (Inter Integrated Circuit) serial interface to program individual regulator output voltages. In this paper, the simplified power macro-model based on MAX77846 is designed to verify the performance of the battery voltage in terms of current and time, and simulated by using of the LTspice. In addition, it is verified how much time can the charged battery capacity for Samsung Galaxy Gear 2 be used to operate a specified function after measuring the currents flowing to carry out the main functions in real time, which will be applicable to design parameters for the advanced power module

Worst Case를 고려한 위성체 접속회로의 최적설계

노영환(Young Hwan Lho),이상용(Sang Yong Lee) 제어로봇시스템학회 2002 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.8 No.2

DC/DC 강압컨버터의 PWM-IC 제어기의 TID 및 SEL 실험

노영환(Young Hwan Lho),황의성(Eui Sung Hwang),정재성(Jae-Seong Jeong),한창운(Changwoon Han) 한국항공우주학회 2013 韓國航空宇宙學會誌 Vol.41 No.1

DC/DC 컨버터는 임의의 직류전원을 부하가 요구하는 형태의 직류전원으로 변환시키는 효율이 높은 전력변환기이다. DC/DC 컨버터는 PWM-IC(펄스폭 변조 집적회로) 제어기, MOSFET(산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터), 인덕터, 콘덴서 등으로 구성되어있다. 코발트 60 (<SUP>60</SUP>Co) 저준위 감마발생기를 이용한 TID실험에서 방사선의 영향으로 PWM-IC의 전기적 특성중에 문턱전압과 옵셋전압이 증가되고, SEL에 적용된 4종류의 중이온 입자는 PWM-IC의 파형을 불안정하게 만든다. 또한, 입/출력관계의 파형을 SPICE 시뮬레이션 프로그램으로 관찰하였다. PWM-IC의 TID 실험은 30 Krad 까지 수행하였으며, SEL 실험을 제어보드를 구현한 후 LET(MeV/㎎/㎠)별 cross section(㎠)으로 연구하였다. DC/DC switching power converters are commonly used to generate a regulated DC output voltage with high efficiency. The DC/DC converter is composed of a PWM-IC (pulse width modulation-integrated circuit) controller, a MOSFET (metal-oxide semiconductor field effect transistor), inductor, capacitor, etc. It is shown that the variation of threshold voltage and the offset voltage in the electrical characteristics of PWM-IC increase by radiation effects in TID (Total Ionizing Dose) testing at the low energy γ rays using <SUP>60</SUP>Co, and 4 heavy ions applied for SEL (Single Event Latch-up) make the PWM pulse unstable. Also, the output waveform for the given input in the DC/DC converter is observed by the simulation program with integrated circuit emphasis (SPICE). TID testing on PWM-IC is accomplished up to the total dose of 30 krad, and the cross section(㎠) versus LET(MeV/㎎/㎠) in the PWM operation is studied at SEL testing after implementation of the controller board.

안정된 PWM 제어 DC/DC 전력 강압 컨버터 구현

노영환(Young Hwan Lho) 제어로봇시스템학회 2012 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.18 No.4

DC/DC switching power converters produce DC output voltages from different stable DC input sources regulated by a bi-polar transistor. The converters can be used in regenerative braking of DC motors to return energy back in the supply, resulting in energy savings for the systems containing frequent stops. The voltage mode DC/DC converter is composed of a PWM (Pulse Width Modulation) controller, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)) an inductor, and capacitors, etc. PWM is applied to control and regulate the total output voltage. It is shown that the output of DC/DC converter depends on the variation of threshold voltage at MOSFET and the variation of pulse width. In the PWM operation, the missing pulses, the changes in pulse width, and a change in the period of the output waveform are studied by SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) and experiments.

비균일 100V 급 초접합 트랜치 MOSFET 최적화 설계 연구

노영환(Young Hwan Lho) 대한전자공학회 2013 전자공학회논문지 Vol.50 No.7

전력 MOSFET(산화물-반도체 전위 효과 트랜지스터)는 BLDC 모터와 전력 모듈 등에 광범위하게 사용하고 있다. 기존 전력 MOSFET 구조는 온-저항과 항복전압사이에 절충(tradeoff)이 필요하다. 이러한 절충을 하지 않고 최적화를 하기위해 비균일 초접합 트랜치 MOSFET 를 설계하는데 동일한 항복전압에서 균일 초접합 트랜치 MOSFET보다 낮은 온-저항을 갖도록한다. 이를 위해 드리프트 영역에서 우수한 전기장 분포를 달성하기 위하여 선형구조의 도핑 프로파일을 제안하고, 단위 셀 설계, 도핑농도의 특성분석, 전위분포를 SILVACO TCAD 2D인 Atlas 소자 소프트웨어를 사용하여 시뮬에이션을 수행하였다. 결과로 100V 급 MOSFET에서 비균일 초접합 트랜치 MOSFET가 균일 초접합 트랜치 MOSFET보다 온-저항에서 우수한 특성을 보여주고 있다. Power MOSFET (metal-oxide semiconductor field-effect transistor) are widely used in power electronics applications, such as BLDC (Brushless Direct Current) motor and power module, etc. For the conventional power MOSFET device structure, there exists a tradeoff relationship between specific on-state resistance and breakdown voltage. In order to overcome the tradeoff relationship, a non-uniform super-junction (SJ) trench MOSFET (TMOSFET) structure for an optimal design is proposed in this paper. It is required that the specific on-resistance of non-uniform SJ TMOSFET is less than that of uniform SJ TMOSFET under the same breakdown voltage. The idea with a linearly graded doping profile is proposed to achieve a much better electric field distribution in the drift region. The structure modelling of a unit cell, the characteristic analyses for doping density, and potential distribution are simulated by using of the SILVACO TCAD 2D device simulator, Atlas. As a result, the non-uniform SJ TMOSFET shows the better performance than the uniform SJ TMOSFET in the specific on-resistance at the class of 100V.