MOS管とIGBTの違いは何ですか？

2022-03-17 1303

電子回路では、MOS管とIGBT管が頻繁に登場し、どちらもスイッチング素子として使用できます。MOS管とIGBT管は外観も特性パラメータも似ています。では、なぜ一部の回路ではMOS管が、一部の回路ではIGBT管が使用されるのでしょうか？

MOS チューブと IGBT チューブの違いを見てみましょう。

MOSチューブとは何ですか？

FETには、主に接合型FET（JFET）と絶縁ゲート型FET（MOS）の2種類があります。MOSはMOSFETで、中国語では正式名称は金属酸化膜半導体電界効果トランジスタです。この電界効果トランジスタのゲートは絶縁層によって分離されているため、絶縁ゲート電界効果トランジスタとも呼ばれます。

MOSFET は、N チャネルデプレッション型とエンハンスメント型、P 溝デプレッション型とエンハンスメント型に分けられます。
MOSFETの種類と回路記号
一部の MOSFET には、ボディダイオード、寄生ダイオード、またはフリーホイールダイオードと呼ばれるダイオードが内蔵されています。

寄生ダイオードの役割については 2 つの説明があります。

MOSFET の寄生ダイオードは、VDD が過電圧になったときに MOS チューブが焼損するのを防ぐために使用されます。過電圧が MOS チューブに損傷を与える前に、まずダイオードが逆方向にブレークダウンし、大電流が直接グランドに流れて MOS チューブの焼損を防ぐためです。
MOS 管のソースとドレインが逆接続された場合の MOS 管の焼損を防止することができ、また、回路に逆誘起電圧がある場合に逆誘起電圧の経路を提供し、逆誘起電圧の発生を防止することができます。 MOSチューブを突き破ります。

MOSFETは、入力インピーダンスが高く、スイッチング速度が速く、熱安定性に優れ、電圧制御電流などの特性があり、回路内の増幅器、電子スイッチなどに使用できます。

ＩＧＢＴとは？

IGBT（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタは、トランジスタとMOSトランジスタで構成される複合半導体デバイスです。

IGBTは新しいタイプの電子半導体デバイスとして、入力インピーダンスが高く、電圧制御の消費電力が低く、制御回路が簡単で、耐電圧が高く、電流許容度が高いなどの特徴があり、さまざまな電子回路に広く使用されています。

IGBTの回路記号は今のところ統一されておらず、回路図を描く際には、三極管やMOS管の記号を借用するのが一般的です。
このとき、回路図に記載されている型式からIGBTかMOSトランジスタかを判断することができます。同時に、IGBTにボディダイオードがあるかどうかにも注意してください。図に記載されていない場合でも、必ずしもボディダイオードがないわけではありません。公式データに特別な指示がない限り、このダイオードは存在します。

IGBT の内部ボディダイオードは寄生ダイオードではなく、IGBT の脆弱な逆耐電圧を保護するために特別に設定されており、FWD (フリーホイールダイオード) とも呼ばれます。

IGBT内部にボディダイオードがあるかどうかを判断するのは難しくありません。IGBTのC極とE極はマルチメーターで測定できます。IGBTが正常で、C極とE極の抵抗値が無限大であれば、IGBTにはボディダイオードがないことを意味します。IGBTは、交流モーター、周波数変換器、スイッチング電源、照明回路、トラクションドライブなどの分野への応用に非常に適しています。

MOSトランジスタとIGBTの構造特性

MOS チューブと IGBT チューブの内部構造は次の図に示されています。

IGBTはMOSFETのドレインに層を追加して形成されます。IGBTの理想的な等価回路を下図に示します。
IGBTは、実際にはMOSFETとトランジスタ三極管を組み合わせたものです。MOSFETはオン抵抗が高いという欠点がありますが、IGBTはこの欠点を克服し、高電圧でも低いオン抵抗を維持しています。

さらに、IGBT にはターンオフテーリング時間があり、IGBT のデッドタイムはターンオフテーリング時間が長いために長くなり、スイッチング周波数に影響を与えるため、同様の電力容量を持つ IGBT と MOSFET の速度は MOSFET よりも遅くなる可能性があります。

MOS チューブまたは IGBT を選択します。

回路において、パワースイッチ管としてMOS管を選択するかIGBT管を選択するかは、エンジニアが頻繁に遭遇する問題です。システムの電圧、電流、スイッチング電力などの要素を考慮すると、以下の点がまとめられます。

下図からも、両方の条件が使用されていることがわかります。網掛け部分はMOSFETとIGBTの両方が選択可能であることを示し、「？」は現在のプロセスでは到達できないレベルを示しています。

一般的に、MOSFETは優れた高周波特性を持ち、数百kHzからMHzまでの周波数で動作できるという利点がありますが、高電圧・大電流環境ではオン抵抗が大きく消費電力が大きいという欠点があります。一方、IGBTは低周波・大電力環境でも優れた性能を発揮し、オン抵抗が小さく耐電圧も高いという利点があります。

MOSFETはスイッチング電源、バラスト、高周波誘導加熱、高周波インバータ溶接機、通信用電源などの高周波電源分野で使用され、IGBTは溶接機、インバータ、周波数変換器、電気メッキ電解電源、超音波誘導加熱などの分野で広く使用されています。

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