Igbt

IGBTは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの短縮形であり、バイポーラ接合トランジスタ（BJT）と金属酸化膜電界効果トランジスタ（MOS-FET）を組み合わせたものです。これは、関連するアプリケーションのスイッチングに使用される半導体デバイスです。

IGBTはMOSFETとトランジスタの組み合わせであるため、トランジスタとMOSFETの両方の利点があります。MOSFETには高インピーダンスで高速スイッチング速度という利点があり、反対側ではBJTには高ゲインと低飽和電圧という利点があり、どちらもIGBTトランジスタに存在します。IGBTは電圧制御された半導体であり、ゲート電流駆動がほぼゼロの大きなコレクタエミッタ電流を可能にします。

説明したように、IGBTにはMOSFETとBJTの両方の利点があり、IGBTには通常のMOSFETと同じ絶縁ゲートと同じ出力伝達特性があります。BJTは電流制御デバイスですが、IGBTの場合、制御はMOSFETに依存するため、標準のMOSFETと同等の電圧制御デバイスです。

IGBTの等価回路と記号

上の画像では、IGBTの等価回路が示されています。これは、ダーリントントランジスタで使用されているのと同じ回路構造で、2つのトランジスタがまったく同じ方法で接続されています。上の画像を見るとわかるように、IGBTはNチャネルMOSFETとPNPトランジスタの2つのデバイスを組み合わせています。 NチャネルMOSFETがPNPトランジスタを駆動しています。標準のBJTのピン配列にはコレクタ、エミッタ、ベースが含まれ、標準のMOSFETピン配列にはゲート、ドレイン、ソースが含まれます。しかしの場合にIGBTトランジスタピン、それはゲートNチャネルMOSFETから来ていると、コレクタ及びエミッタはPNPトランジスタから来ています。

PNPトランジスタでは、コレクタとエミッタが導通経路であり、IGBTがオンになると導通し、電流が流れます。このパスは、NチャネルMOSFETによって制御されます。

BJTの場合、ベータとして表されるゲインを計算します（

上の画像では、IGBTのシンボルが示されています。ご覧のとおり、シンボルにはトランジスタのコレクタエミッタ部分とMOSFETのゲート部分が含まれています。3つの端子は、ゲート、コレクター、およびエミッターとして示されています。

導通モードまたは「オン」モードに切り替えた場合、電流はコレクターからエミッターに流れます。同じことがBJTトランジスタでも起こります。しかし、IGBTの場合、ベースの代わりにゲートがあります。ゲートとエミッタ間の電圧差はVgeと呼ばれ、コレクタとエミッタ間の電圧差はVceと呼ばれます。

エミッタ電流（IE）がほぼ同じであるコレクタ電流（IC） 、IE = Icの。電流はコレクターとエミッターの両方で比較的同じであるため、Vceは非常に低くなります。

BJTとMOSFETの詳細については、こちらをご覧ください。

IGBTのアプリケーション：

IGBTは主に電力関連のアプリケーションで使用されます。標準電力BJTの応答特性は非常に遅いのに対し、MOSFETは高速スイッチングアプリケーションに適していますが、より高い電流定格が必要な場合、MOSFETはコストのかかる選択です。IGBTは、パワーBJTおよびパワーMOSFETの交換に適しています。

また、IGBTはBJTと比較して低い「オン」抵抗を提供し、この特性により、IGBTは高電力関連のアプリケーションで熱効率が高くなります。

IGBTの用途はエレクトロニクス分野で広大です。オン抵抗が低いため、非常に高い定格電流、高いスイッチング速度、ゼロゲートドライブ、 IGBTは、高出力モーター制御、インバーター、高周波変換領域を備えたスイッチモード電源で使用されます。

上の画像では、IGBTを使用した基本的なスイッチングアプリケーションが示されています。RLは、地面にIGBTのエミッタ間に接続された抵抗性負荷です。負荷両端の電圧差はVRLで表されます。負荷は誘導性でもあります。そして右側には別の回路が示されています。負荷はコレクターの両端に接続され、電流保護抵抗はエミッターの両端に接続されます。どちらの場合も、電流はコレクタからエミッタに流れます。

BJTの場合、BJTのベースに定電流を供給する必要があります。ただし、IGBTの場合、MOSFETと同様に、ゲート間に一定の電圧を供給する必要があり、飽和は一定の状態に維持されます。

左側のケースでは、入力（ゲート）とグランド/ VSSの電位差である電圧差VINが、コレクタからエミッタに流れる出力電流を制御します。VCCとGNDの電圧差は、負荷全体でほぼ同じです。

右側の回路では、負荷を流れる電流は電圧をRS値で割った値に依存します。

I _RL2 = V _IN / R _S

絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）は、「切り替えることができON」と「OFFゲートを活性化することによって」。ゲートに電圧を印加してゲートをより正にすると、IGBTのエミッタはIGBTを「オン」状態に保ち、ゲートを負またはゼロに押すと、IGBTは「オフ」状態のままになります。BJTやMOSFETのスイッチングと同じです。

IGBTIVの曲線と伝達特性

上の画像では、異なるゲート電圧またはVgeに応じたIV特性が示されています。X軸示しコレクタエミッタ間電圧Vceは、またはとY軸はコレクタ電流です。オフ状態の間、コレクターとゲート電圧を流れる電流はゼロです。Vgeまたはゲート電圧を変更すると、デバイスはアクティブ領域に入ります。ゲート両端の安定した連続電圧は、コレクタを流れる連続的で安定した電流を提供します。増加Vgeのは比例コレクタ電流が、増加しているVge3> Vge2> Vge3を。 BVはIGBTのブレークダウン電圧です。

この曲線はBJTのIV伝達曲線とほぼ同じですが、IGBTは電圧制御デバイスであるため、ここではVgeを示しています。

上の画像には、IGBTの伝達特性が示されています。PMOSFETとほぼ同じです。VgeがIGBTの仕様に応じてしきい値を超えると、IGBTは「オン」状態になります。

これは、IGBTとPOWERBJTおよびパワーMOSFETの違いについての公正な図を示す比較表です。

デバイスの特性	IGBT	パワーMOSFET	POWER BJT
定格電圧
現在の評価
入力デバイス
入力インピーダンス
出力インピーダンス
スイッチング速度
費用

次のビデオでは、IGBTトランジスタのスイッチング回路を見ていきます 。