スイッチ損失とIGBTモジュールの性能の関係は何ですか?

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2022-03-17 280

IGBT モジュールのスイッチング損失と性能にはどのような関係がありますか?

IGBT の開発では、電力スイッチングデバイスに損失の低減、効率の向上、性能向上が求められています。スイッチの損失は 2 つのカテゴリに分類できます。1 つは通常のオン状態のデバイスの損失です。もう1つはオン状態からオフ状態へ（オフ状態からオン状態へ）のスイッチング損失です。 IGBT の主な技術的特性は、コレクタ - エミッタ飽和電圧 VCE(sat) 特性とスイッチング特性 tf (オフ時間 toff とオン時間 ton の合計) です。 IGBT のブレークダウン性能は、ブロッキング性能、短絡性能、di/dt および dv/dt 性能によって決まります。

?(1) スイッチング特性向上技術

スイッチング特性を改善するために開発された技術は、主に濃度と層厚を最適化し、キャリアとなる正孔を減らし、IGBT特有のコレクタ電流テーリングを低減することです。セルパターンを最適化することで、入力インピーダンス RG が減少し、パワー MOSFET の一部のゲートの充放電時間が長くなります。パワーデバイスの高速化に伴い、キャリアの寿命を短くする技術が採用されています。寿命を制限する方法としては、重金属拡散法や電子線照射法が一般的である。ライフタイムを制御することで、IGBTコレクタ電流Icのターンオフ特性を制御できます。パワーMOSFETのゲート容量を低減することで、充放電時間を高速化できます。

(2) VCE技術の削減

VCE(sat)を低減する技術は、層の濃度、厚さ、深さを最適化することで抵抗部分を減らし、微細化によって単位面積あたりの電流密度を向上させ、LgとLsの比を最適化し、パワーMOSFETの反転層（チャネル）の単位チップ面積を拡大してチャネル抵抗を低減します。

スイッチング特性改善技術を採用し、寿命限界を延長することで、スイッチング特性の高速化を実現します。 IGBT では、VCE(sat) はスイッチング特性 tf と相関関係があります。ライフタイム制御の助けを借りて、必要な動作状態をこの関係で見つけることができます。

(3) 性能向上のための技術

IGBTの破壊性能を向上させるために、IGBT性能向上技術を採用し、IGBT内の寄生NPNトランジスタの働きを抑制し、IGBT内の電界と電流の集中を抑制して性能を向上させています。IGBTの耐圧性能を達成。

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