隔離ゲート双極トランジスタ (IGBT) は,現代の電力電子機器で広く使用されている半導体装置である.MOSFETの高入力インピーダンスの組み合わせとバイポールトランジスタの低導電損失の高速スイッチング効率的な高電圧,高電流のスイッチを必要とするアプリケーションでは,IGBTが選択肢となっています.

基本構造と作業原理

IGBTは3つの主要領域を統合します.

1. ゲート (G):MOSFET のようにチャネル形成を制御します

2. コレクター (C) とエミッター (E):双極トランジスタのように 高電力の電流を運びます

ゲートに正電圧が加わると ゲートオキシドの下に電子が蓄積して 導電チャネルを形成します このチャネルは 電子が発射器から コレクターへと流れます後に p型コレクター領域から穴を注入し,低抵抗の電流経路を生成するゲート電圧を取り除くと チャンネルが枯渇し 流れが遮断される

主要 な 特徴 と 利点

• 高電圧容量:IGBTは数百ボルトから数キロボルトまでの電圧を容易に処理し,産業用ドライブや再生可能エネルギー変換機に適しています

• 低導電損失:装置が起動すると 低電圧低下がみられ 重荷で高効率になります

• スピードスイッチ:低電圧では純粋なMOSFETほど高速ではないが,現代のIGBTは多くのPWM (パルス幅調節) アプリケーションのために十分速く (数十から数百ナノ秒) 切り替える.

• 頑丈さ:超電圧やショートサーキットに対する強度,二極性,短時間間の高電流突発に耐える能力.

制限

• 尾電流:切断時に,電荷キャリアの"尾"は電流の衰退を遅らせ,スイッチ損失をわずかに増加させ,最大スイッチ周波数を制限する (しばしば高電力モジュールでは<50kHz).

• 熱管理:高い電源密度は,効率的な熱吸収と注意深く包装を要求し,接続温度を安全値以下 (通常は<150°C) に維持する.

• ゲートドライブの要件:IGBTは,ゲート電圧の精密な制御が必要である (完全なオンとオフを保証するために5Vから15Vまで),ドライバー回路は高電圧でレベルシフトに対応する必要があります.

包装 と 評価

IGBTは,単一のパッケージ (TO-247,TO-264など) と,より高い電源レベルのためのマルチチップモジュール (IGBTモジュール) で提供される.主要データシートのパラメータには,以下のものがある:

• ブロック電圧 (V)_CESについて)装置が切れたときに遮断できる最大電圧

• コレクター電流 (I)_{C について}について)最大連続電流

• 切り替え時間 (t)_について, t_消してについて)オン/オフの遅延

• 総電力の損失 (P)_損失について)熱設計にとって重要な導電と切り替え損失の合計.

正しい IGBT を 選択 する

IGBT を 選ぶ とき に,以下 を 考え て ください.

• 圧力のクラス:マッチ V_CES最大DCバスプラスマージン (例えば700Vバスでは1200V装置)

• 現在のランキング:連続電流とピーク電流が 負荷の要求を上回る装置を選んでください 温度低下を考慮して

• スイッチング周波数:低周波 (<10 kHz) は,より大きい低損失 IGBT を好む.より高い周波数では,より速い 発掘線または フィールドストップ デザインを検討する.

• 熱抵抗:モジュールレベルR_について熱吸収要求に影響する.

• ゲートチャージ:低ゲート充電型IGBTは電流を少なく要求し,ドライバの設計を簡素化する.

熱 及び 保護 の 考慮

• 熱吸収:適切な熱インターフェース材料とサイズに適したヒートシンクを使用し,接続温度を安全な範囲内にとどめる.

• スナッバー回路:RCまたはRCDスナッバーは,切断時に電圧のピークを制限し,デバイスの整合性を保護します.

• 超電流保護:快速ゲート駆動シャットオフまたは外部のシューズ ショートサーキット防止

• ソフトシャットダウン漸進的な電流削減技術により,過負荷状態では熱ストレスを防ぐことができます.

未来 の 傾向

シリコンIGBTは支配的であり続けていますが,シリコンカービッド (SiC) MOSFETやガリウムナイトリッド (GaN) トランジスタなどの広帯域材料が登場しています.高温での動作しかし,高電圧および高電流のシナリオでは,最適化されたIGBTモジュールは,予測可能な将来もコスト効率が良いままになります.

IGBTは,高電圧の安定性と高電流の効率的なスイッチとのバランスをとることで,電源変換システムにおいて重要な役割を果たしています.申請要件システム性能,信頼性,コスト効率を最大化する IGBT ソリューションを選択し実装できます