－

第 ４ 章－

トラブル発生時の対処方法
目次

ページ

１

トラブル発生時の対処方法･･････････････････････････

4-1

２

故障判定方法･･････････････････････････

4-7

３

代表的なトラブルとその対処方法･･････････････････････････

4-8

本章では、IGBT モジュールを取り扱う際のトラブルの対処方法について説明します。

１

トラブル発生時の対処方法

IGBT モジュールをインバータ回路等に適用した場合・配線ミス・実装上のミス等の異常により素子の破壊を招くことがあります。このような素子破壊等の異常が発生した場合、発生状況や原因を明確にした上で対策する必要があり、その手引きとして表 4-1 に素子破壊モードから素子外部の異常現象を推定する為の要因解析を簡易的にまとめました。素子が破壊する場合、先ずこの表から破壊要因の調査をお願いします。表 4-2 を用いて原因が解析できない場合は、更に詳細な要因解析図として図 4-1 を用意しましたので、こちらを活用して破壊要因を調査願います。
製品が破壊しているかどうか？を確認するための方法として、故障判定方法を本章２項に、代表的なト
ラブルとその対処方法を本章３項に記載してありますのでこちらもご活用ください。

4-1

第４章 トラブル発生時の対処方法

表4-1 素子の破壊モードと原因の推定
素子外部の異常現象

ｱｰﾑ短絡

原

因

短絡検出後、保護をかける(ｵﾌする)時にｻｰｼﾞ電圧がSCSOAを
超えて素子が破壊ﾃﾞｯﾄﾞﾀｲﾑ不足して破壊

ｹﾞｰﾄ逆ﾊﾞｲｱｽ不足でtoffが大きくなったﾃﾞｯﾄﾞﾀｲﾑ設定ﾐｽ

短絡

直列ｱｰﾑ短絡(上下ｱｰﾑ短絡)

dV/dt誤動作を起こして短絡破壊

ノイズ等が原因で短絡破壊

配線ミス，配線誤接触，負荷短絡

地配線ﾐｽ、配線誤接触

絡

チェックポイント

代表例

SCSOA
(サージ電圧)破壊

ｱｰﾑ短絡時の動作軌跡と素子耐量のﾏｯﾁﾝｸﾞ－

過熱(短絡耐量)
破壊

素子のtoffとﾃﾞｯﾄﾀｲﾑのﾏｯ
ﾁﾝｸﾞ

第7章
3項

dV/dt誤ONﾁｪｯｸ

本章
3.3項

回路誤動作ﾁｪｯｸ－ｹﾞｰﾄ逆ﾊﾞｲｱｽ不足
ｹﾞｰﾄ配線長い
ｹﾞｰﾄ回路誤動作
ﾛｼﾞｯｸ回路誤動作

出力短絡

素子破壊
モード

SCSOA
及び、
過熱破壊

素子耐量と保護回路のﾏｯ
ﾁﾝｸﾞ

直流電圧過大過電流が流れ破壊

過電流保護設定ミス

ﾛｼﾞｯｸ信号過 熱

C-E間に素子耐圧を超える過電圧 入力電圧過大が印加され破壊
過電圧保護

C-E間耐圧オーバー

ターンオフ時のサージ電圧がRBSOAを超えて破壊

RBSOA

過電流保護設定値の見直し－過電圧保護ﾚﾍﾞﾙ見直し－

ﾀｰﾝｵﾌ動作軌跡とRBSOAのﾏｯﾁﾝｸﾞｽﾅﾊﾞ回路の見直し

過電圧
スパイク
電圧過大

ｹﾞｰﾄｵｰﾌﾟﾝでの駆動

放熱能力不足過熱
ｻｰﾏﾙﾗﾝﾅｳｪｲ
応力
応力
振動

第5章
2.4項

ｽﾅﾊﾞ回路の見直し

VGEが所定設計値より低下してVCE間電圧が大きくなり、発熱(損失)が大きくなって破壊

C-E間耐圧オーバー

ﾛｼﾞｯｸ及びｹﾞｰﾄ信号
大電流動作時のｹﾞｰﾄ信号／信号線のより線／主回路～信号線の距離

本章
3.4項

DC‐DCｺﾝﾊﾞｰﾀ誤動作
ﾄﾞﾗｲﾌﾞ電源確立迄の時定数が大きすぎる過 熱

回路ﾁｪｯｸ－ｹﾞｰﾄ信号配線はずれ

静電気がG-E間に印加されｹﾞｰﾄが破壊
ｹﾞｰﾄ過電圧ｽﾊﾟｲｸ電圧と素子耐量のﾏｯﾁﾝｸﾞ

FWD転流(逆回復)時のサージ電圧が素子耐圧を超えて破壊ｹﾞｰﾄ信号がﾊﾟﾙｽ割れなどを起こ ノイズによるﾛｼﾞｯｸ又はｹﾞｰﾄし、非常に短い時間間隔のﾀｰﾝｵﾌ 回路誤動作→ﾀｰﾝｵﾝ(数百nsｵｰﾀﾞｰ)を起こし、素子耐圧を超える過大な逆回復
サージ電圧が発生して破壊（以 主回路等からのｹﾞｰﾄ信号線への電磁誘導下、微小ﾊﾟﾙｽ逆回復現象）

ﾄﾞﾗｲﾌﾞ電源電圧減－

配線状態ﾁｪｯｸ
ﾛｼﾞｯｸ誤動作

過負荷（過電流）不具合発生状況ﾁｪｯｸ

ｹﾞｰﾄ配線が長すぎてG-E間に耐圧を超えるｽﾊﾟｲｸ電圧が発生し、破壊受入試験等でｹﾞｰﾄｵｰﾌﾟﾝの状態でC-E間に電圧を印加（オン電圧／耐圧測定等）して破壊
端子取付けネジゆるみ
放熱能力不足で素子が異常過熱、
ｻｰﾏﾙｺﾝﾊﾟｳﾝﾄﾞの塗布不足
最大ｼﾞｬﾝｸｼｮﾝ温度を超えて破壊
冷却ﾌｧﾝ停止
ﾛｼﾞｯｸ誤動作により、ｷｬﾘｱ周波数の増加等が起こり、総合損失が上昇して破壊
外部配線から端子に掛かる
製品内部の端子半田付け部等が応 応力
力疲労を起こし断線する。
実装した他の部品等が振動して端子に応力を与える素子の適用条件と信頼性 素子の適用条件（環境，温度変化，実装時の組立条件，保管実力のマッチングが取れ 状態等）と製品の信頼性実力のマッチングが取れてなく、製てない
品内部の配線，絶縁構造，外観等が破壊

4-2

G-E間耐圧オーバー

過熱破壊

作業状態ﾁｪｯｸ
（静電気対策）－ｹﾞｰﾄ電圧ﾁｪｯｸ
ｹﾞｰﾄ電圧チェック

本章
3.1項

放熱条件ﾁｪｯｸ

－ﾛｼﾞｯｸ回路ﾁｪｯｸ－

過 熱

製品内の電気配 端子部に発生する応力／線断線（ｵｰﾌﾟ 製品および他の部品の実
ﾝ）
装状態

本章
3.2項

破壊ﾓｰﾄﾞはｹｰｽ 本章 図4-1に基づいて毎に異なる チェックください

本章
図4-1,
第11章

第４章 トラブル発生時の対処方法

IGBT部の破壊

IGBTモジュールの破壊

RBSOA逸脱A

ゲート過電圧B

ジャンクション温度上昇過大

C

FWD部の破壊

D

信頼性破壊

E

図 4-1(a) IGBT モジュール故障解析図 （※Ａ～Ｄ記号は下図へ連結しています）

A

RBSOA逸脱［ 不具合推定箇所 ］

遮断電流過大ターンオフ電流過大

過電流保護不動作

制御PCB異常
ゲート駆動
回路誤動作

直列アーム短絡

制御PCB異常
ゲート駆動回路異常

デッドタイム不足

過

電

圧

出力短絡

負荷異常

地

負荷異常

絡

電源電圧過大入力電圧異常回生回路異常モータ回生運転

制御PCB異常

過電圧保護不動作
スナバの放電不足

制御PCB異常

スナバ抵抗断線

スナバ回路異常

ゲート駆動回路異常
制御PCB異常

短絡時のオフ動作
逆回復時のサージ
電圧過大(FWD)

D

図 4-1(b) モードＡ：ＲＢＳＯＡ逸脱

B

ゲート過電圧［ 不具合推定箇所 ］

静電気印加

静電気未対策

製造不良

スパイク電圧発振

ゲート配線長いL・di/dt電圧

ゲート配線長い

図 4-1(c) モードＢ：ゲート過電圧
4-3

第４章 トラブル発生時の対処方法

C

ジャンクション温度上昇過大
定常損失増加［ 不具合推定箇所 ］

飽和電圧
VCE(sat)の増加
ｺﾚｸﾀ電流増加

過電流

順バイアスゲート電圧不足

ゲート駆動回路異常

過電流保護不動作

制御PCB異常

制御電源回路異常ｹﾞｰﾄ駆動回路誤動作

直列ｱｰﾑ短絡

制御PCB異常
ゲート駆動回路異常

デッドタイ
ム不足

制御PCB異常

出力短絡

負荷異常

地

負荷異常

絡

制御PCB異常
負荷異常

過負荷
ｽｲｯﾁﾝｸﾞ損失増加

ｽｲｯﾁﾝｸﾞ
回数増加

キャリア周波数の増加

制御PCB異常
スナバ回路異常
ゲート駆動回路異常

di/dt誤動作
ゲート駆動
信号誤動作

制御PCB異常
ゲート駆動回路異常

ﾀｰﾝｵﾝ損失増加

ﾀｰﾝｵﾝ時間増大

ﾀｰﾝｵﾝ電流過大順ﾊﾞｲｱｽｹﾞｰﾄ
電圧減少

ゲート駆動回路異常

ゲート抵抗値増大

ゲート駆動回路異常

スナバ放電
電流過大
直列ｱｰﾑ短絡

ﾀｰﾝｵﾌ損失増加

ﾀｰﾝｵﾌ時間増
大ﾃﾞｯﾄﾞﾀｲﾑ不足制御PCB異常

逆ﾊﾞｲｱｽｹﾞｰﾄ電圧減少

ゲート駆動回路異常

ゲート抵抗値増大

ゲート駆動回路異常

デッドタイム不直列ｱｰﾑ短絡

スナバ回路異常足

制御PCB異常
ゲート駆動回路異常

接触熱抵抗
の増大

素子の締め付け力不足

締め付けトルク不足

フィンの反り大きい

フィン反り不良サーマルコンパウンド量不足
ケース温度上昇

冷却能力の低下

周囲温度異常上昇

ｺﾝﾊﾟｳﾝﾄﾞ量調整不足

ヒートシンク目詰まり

防塵対策不良冷却ﾌｧﾝ回転数低下、又は停止

冷却ﾌｧﾝ異常

ｽﾀｯｸの局部過熱

冷却系異常

温度保護装置不動作

温度保護装置異常

図 4-1(d) モードＣ：ジャンクション温度上昇過大

4-4

第４章 トラブル発生時の対処方法

D

FWDの破壊［ 不具合推定箇所 ］

ジャンクション
温度上昇過大定常損失増加

過負荷

力率低下
負荷異常
制御PCB異常ｽｲｯﾁﾝｸﾞ損失増加

ｽｲｯﾁﾝｸﾞ回数増加

dv/dt誤動作

スナバ回路異常
ゲート駆動回路異常

ゲート駆動信号誤発信

制御PCB異常
ゲート駆動回路異常

キャリア周波数の増加
接触熱抵抗の増大

ケース温度上昇

素子の締め付け力不足

締め付けトルク不足

フィンの反りが大きい

フィン反り不良サーマルコンパウンド
量不足

ｺﾝﾊﾟｳﾝﾄﾞ量調整不足

冷却能力の低下

周囲温度異常上昇

ヒートシンク目詰まり

防塵対策不良冷却ﾌｧﾝ回転数低下、又は停止

冷却ﾌｧﾝ異常

スタックの局部過熱

冷却系異常

温度保護装置
不動作
過電

圧

スナバ回路異常ﾀｰﾝｵﾝ時のdi/dt増加微小ﾊﾟﾙｽ逆回
復現象

過 電 流

温度保護装置異常

逆回復時のサージ電
圧過大

IGBTターンオフ時のサージ電圧過大

制御PCB異常

順ﾊﾞｲｱｽｹﾞｰﾄ電圧増加

ゲート駆動回路異常

ゲート抵抗値減少

ゲート駆動回路異常

ﾉｲｽﾞ等によるｹﾞｰﾄ信号割れゲート駆動回路異常
制御PCB異常A

コンバータモジュー
ルの充電電流大充電回路の異常

図 4-1(e) モードＤ：ＦＷＤの破壊

4-5

第４章 トラブル発生時の対処方法

E

信頼性及び、製品取り扱いに関する破壊取り扱いによる破壊［ 不具合推定箇所 ］

外力，荷重

製品の保管における
積載

積載状態

実装した時に端子に発生する応力端子部の応力主,制御端子部に使用するネジが
長すぎ

ネジの長さ

締付けトルク過大

締付け部
端子部

主端子部ネジの締付
けトルク不足

接触抵抗過大主端子部

振動

運搬(製品，装置)時
の振動過大

運搬状態

製品実装時の各部品の固定が甘い製品端子部(振動による応力をチェック)

衝撃

運搬時の落下，衝突等

運搬状態

半田付け端子の耐熱性端子を半田付けする際の過熱過大製品実装時の組立条件

異常状態での保管

腐食性ガス雰囲気中
での保管

保管状態

結露しやすい環境での保管
粉塵の多い環境での保管

信頼性(寿命)破壊※
富士電機が実施している信頼性試験の結果については、仕様書或いは、信頼性試
験結果報告書をご参照ください。

並列接続時の破壊

主回路の均等性が悪く、過渡的に電流集中や電流発振を起こす

主回路配線の均等性

高温状態での保管(高温放置)

高温状態での長期間保管

保管状態

低温状態での保管(低温放置)

低温状態での長期間保管

高温多湿(湿中放置)

高温多湿状態での長期間保管

製品温度の緩やかな上昇⇔下降繰り返しによって発生する熱応力疲
労（温度サイクル，ΔTcパワーサイクル）
製品温度の急激な上昇或いは、下降によって発生する熱応力破壊（熱衝撃）
負荷の急激な変化等による半導体チップ温度変化がもたらす、製品
内部配線等の熱応力疲労破壊（ΔTj パワーサイクル）
高温状態での長時間電圧印加(高温印加(C-E間及び、G-E間))

高温状態での長期間使用

高温多湿状態での長時間電圧印
加(湿中印加(THB))

高温多湿状態での長期間使用

図 4-1(f) モードＥ：信頼性及び、製品取り扱いに関する破壊4-6

適用条件と製品寿命のマッチング

第４章 トラブル発生時の対処方法

２

故障判定方法Ｃはトランジスタ特性測定装置（トランジスタ・
カーブトレーサ（以下、ＣＴ））によって、次の項目をチェックする事によって判定できます。
① G‐E 間の漏れ電流

Ｃ－Ｅ間ショート

IGBT モジュールが破壊しているかどうか？

Ｇ
ＣＴ又は、
テスター
Ｅ

② C‐E 間の漏れ電流

Ｇ－Ｅ間の漏れ電流又は、抵抗を測る。

（G‐E 間を必ずショートさせてくださＥい）

図 4-2 G-E 間 (ゲート)チェック

また、ＣＴの代わりに、テスタ等の電圧，抵抗が測定できる装置を使用しても、簡易的に故障判定ができます。

2.1 G‐E 間チェック（※ 上記の①）

Ｃ

図 4-2 に示す様に、C‐E 間を短絡状態にし、
G‐E 間の漏れ電流或いは、抵抗値を測定する＋（G-E 間には±20V を超える電圧は印加しないでください。テスタを使用する場合、内部のバッテリー電圧が 20V 以下であることを確認くだ
さい）
。

Ｇ

ＣＴ又は、
テスター

Ｇ－Ｅ間
ショート

－
Ｅ

Ｃ－Ｅ間の漏れ電流又は、抵抗を測る。

製品が正常であれば、漏れ電流は数 100nA ｵｰ

Ｅ

図 4-3 C-E 間チェックﾀﾞｰ(テスタを使用する場合、抵抗値は数十ＭΩ～無限大)になります。それ以外の状況では素子が破壊している可能性が高いです（一般的に素子が破壊していると G-E 間ショートの状態になります）。

2.2 C‐E 間チェック（※ 上記の②）
図 4-3 に示す様に、G‐E 間を短絡状態にし、C‐E 間（接続はコレクタが＋，エミッタが－にする。反対ですと FWD に導通して C-E 間ショートになります）の漏れ電流或いは、抵抗値を測定します。
製品が正常であれば仕様書に記載された ICES 最大値以下の漏れ電流になります（テスタを使用する場
合、数十ＭΩ～無限大）。それ以外の状況では素子が破壊している可能性が高いです（一般的に素子が破壊していると C-E 間ショートの状態になります）。
※ 注意
コレクタ－ゲート間の耐圧測定は絶対に実施しないで下さい。耐圧測定した場合、酸化膜に過剰な電圧が印加され、絶縁破壊に至ります。

4-7

第４章 トラブル発生時の対処方法

３

代表的なトラブルとその対処方法

3.1 GE 間オープン状態での主回路電圧印加
ゲート－エミッタ間オープン
SW1

状態で主回路電圧印加すると、

R1

D1

IGBT の帰還容量 Cres を介してCRO電流が流れるためゲート－エミッタ間容量に電荷が充電されゲ～ート電位が上昇します。これにより IGBT がオンして大きな電流

D2

R2
DUT

G
GDU

が流れ素子が破壊します（第 3章 2 節参照）。したがって IGBTを駆動する際には必ず G-E 間には信号を入れた状態で駆動して
ください。

R3

DUT：供試IGBT, GDU：ゲート駆動回路， G： 可変交流電源
CRO：オシロスコープ， R1，R2：保護用抵抗， R3：電流測定用無誘導抵抗
D1，D2：ダイオード， SW1： スイッチ

図 4-4 オン電圧の測定回路製品の受入試験等の際にもロータリースイッチなどの機械ス

イッチで信号線の切り替えを行ないますと、切り替え時に G-E 間が瞬時オープンになります。これにより上記の現象で素子が破壊する事が有りますのでご注意ください。又、機械スイッチがチャタリングする場
合にも同様な期間が存在し素子破壊します。この破壊を防ぐために、必ず主回路(C-E 間)電圧を０Ｖまで放電してからゲート信号の切り替えを行なってください。また、複数の素子(２個組以上)で構成された製品において受入試験等の特性試験を行なう場合、測定素子以外のゲート－エミッタ間は必ず短絡してください。
図 4-4 はオン電圧測定回路の例です。この回路で測定手順を説明しますと、先ずゲート回路(GDU)をオフ
状態(VGE=0V)にしてから SW 1 をオンして C-E 間に電圧を印加します。次に、GDU より G-E 間に所定の順バイアス電圧を印加して IGBT を通電させ、オン電圧を測定します。最後にゲート回路をオフ状態にしてSW 1 をオフにします。この様な手順を踏めば製品を破壊する事なく安全に製品の特性を測定する事が出来ます。
3.2 機械的な応力による製品破壊
製品の端子に大きな外力や振動による応力が発生しますと、製品の内部電気配線の破壊などが起きる事があります。製品を装置に実装する際には、極力、このような応力が発生しないように留意ください。
図 4-5 にゲート駆動用のプリント基板(Pt 又は PCB 板)を製品上部へ実装する際の例を示します。
図 4-5 (1)に示すように Pt 板を固定せずに実装しますと、装置を運搬する際の振動などで Pt 板が振動する可能性があります。この振動が製品の端子に応力を発生させて製品の内部電気配線の破壊などを起こすことがあります。この不具合を防ぐ為には、図 4-5 (2)に示す様に Pt 板を固定する事が必要です。この対策を行なう際には、十分な強度のある専用の固定材などを用いてください。

4-8

第４章 トラブル発生時の対処方法

図 4-5 Pt 板の固定方法
図 4-6 には平行平板を用いて主回路配線を行なう際の例を示します。図 4-6 (1)の様に電気配線用の＋，－の導体に段差がある場合、製品の端子には上向きの引張り応力が絶えず掛かった状態になり、製品内部の電気配線の断線等を招きます。この不具合を防ぐ為には、図 4-6 (2)に示す様に導電性のスペーサをいれて平行平板の導体の段差を無くすことが必要です。又、Pt 板構造を使用する際にも配線高さの位置ずれを起こせば、同様に端子に大きな引張り応力や外力が加わることになるため、同様の不具合を起こすことがあります。この様な観点から、モジュールは各種応力を緩和して実装してください。

図 4-6 平行平板配線を用いた時の実装

3.3 逆バイアスゲート電圧－VGE 不足による IGBT 誤点弧
逆バイアスゲート電圧－VGE が不足しますと IGBT が誤点弧を起こし、上下アームの IGBT 両方がオンして短絡電流が流れる事があります。この電流を遮断したときのサージ電圧や発生損失により製品が破壊する可能性があります。装置を設計する際には必ずこの上下アーム短絡による短絡電流が発生してないこと。
を確認してください（推奨の-VGE＝-15V）
図 4-7 は－VGE が不足した場合における dV/dt 発生による誤動作の原理を示します。本図には－VGE が印加された IGBT が示されており、図示されていませんがこの IGBT の対向アーム側にも同じ様に IGBT が直列に接続されているものとします。先ず、対向アーム側の IGBT がターンオンすると、図 4-7 に示した FWDが逆回復します。図 4-8 に FWD 逆回復時の Vce,Icg,Vge の波形概略図を示します。図 4-8 に示したように
FWD 逆回復時には対向アーム側の電圧低下に伴い、図 4-7 に示した C-E 間では電圧が上昇し dV/dt が発生
ゲート抵抗 RG を介して図 4-7 の様に流れます。
します。
この dV/dt で電流ｉCG が C-G 間の帰還容量 Cres，

4-9

第４章 トラブル発生時の対処方法
このｉCG は RG の両端にΔV＝RG×ｉCG の電位差を誘起し、VGE は図 4-8 に示す様に＋側へ押し上げられます。この時の VGE のピーク電圧が IGBT の VGE(th)を超えれば IGBT はオンし、上下アームに短絡電流が流れます。逆に言えば、VGE のピーク電圧が IGBT の VGE(th)を超えなければ上下アーム短絡電流は流れませんので、この不具合を起こさなくするためには十分な逆バイアス電圧（－VGE）を印加する事が重要です。必要な－VGE の値は、使用している駆動回路やゲート配線，RG 等で変化しますので必ず装置の設計時に上下アーム短絡電流の有無をご確認ください。以下にこの確認方法の例を示します。

dV/dt

C
Cres

0

iCG
G

iCG

Rg

E

VCE

0

-VGE

0

E

VGE
-VGE

図 4-7 dV/dt 発生時の誤動作の原理-Rg x iCG

図 4-8 逆回復時の VCE／iCG ／VGE 波形

上下アーム短絡電流有無の確認方法例として図 4-9 を示します。先ず、図の様にインバータの出力端子(U,V,W)をオープン（無負荷）にします。次にインバータを起動し、各 IGBT を駆動させます。この時、図の様に電源ラインから流れる電流を検出すれば上下アーム短絡電流有無が確認で電流検出きます。もし、逆バイアス電流が十分であれば、素子の接合容量を充電する非常に微小なパルス電流（定格電流の 5%程度）が測定されます。しかし、逆バイア
無負荷
オープン

ス電圧－VGE が不足すると、この電流が大きくなります。正確に判定するには、十分に誤点弧を起こさない－VGE（＝－15V を推奨）でこの電流検出を行なった
後に、所定の－VGE で再度、電流を測定する方法を推奨いたします。この両者で短絡電流 （素子の接合容量を充電する電流）

電流が同じ値であれば誤点弧を起こしていないことになります。上記方法で誤点弧が確認された場合の対策としては、短絡電流がなくなるまで逆バイアス電圧－0A

図 4-9 短絡電流の測定回路

VGE を増加させるか、G-E 間に仕様書に4-10

第４章 トラブル発生時の対処方法
記載の Cies に対し 2 倍程度の容量(CGE)をゲート抵抗 Rg のモジュール側へ付加する事を推奨します。
但し、単純に CGE を付加する方法では、スイッチングタイムやスイッチング損失が大きくなります。したがってそれらを概ね CGE 付加前と同等とするためには、その一例としてゲート抵抗 Rg を CGE 付加前に対して概ね半分へ変更することを推奨いたします。この状態において適用可否の検討を再度充分に行なってください。また誤点弧対策方法については第７章にも記載がありますので、合わせて参照願います。
なお、上下アーム短絡電流を流す要因は、上記の dV/dt 誤点弧以外にもデットタイム不足という現象があります。この現象が起きている時にも図 4-9 に示す試験で短絡電流が観測されますので、逆バイアス電圧－VGE を増加しても短絡電流が減少しない場合には、デッドタイムを増加するなどの対策を施してください。なおデッドタイムに関しては第７章に詳しい説明がありますので、そちらを参照願います。
3.4 過渡オン状態からのダイオード逆回復（微小パルス逆回復）現象
IGBT モジュールには FWD が内蔵されており、この FWD の挙動に十分な注意を払うことは信頼性の高い装置を設計するためには非常に重要です。この項では特に微小パルス逆回復現象という製品破壊に繋がりやすく、あまりよく知られていない現象について説明します。
微小パルス逆回復現象は IGBT の駆動時にノイズ等によってゲート信号割れが起きて、非常に過大な逆回復サージ電圧が発生する現象です。
図 4-10 に微小パルス逆回復による過大サージ電圧の発生タイミングチャートを示します。図 4-10 に示したように、IGBT の Vge に対して非常に短いオフパルス(Tw)が発生した場合、対向アーム側の FWD はオ
ンしてから非常に短い時間で逆回復に入ることになります。本来の逆回復では充分なキャリアが蓄積されてから逆回復に入るのに対して、微小パルス逆回復では FWD には充分なキャリアの蓄積がない状態で逆回復することになります。これにより FWD の空乏層が急激なスピードで広がるため、急峻な di/dt，dv/dtを発生させることとなります。これが原因となって逆回復時の C-E(A-K)間に、非常に過大な逆回復サージ
電圧が発生します。

Tw
Vge

0

Opposing
FWD Vak0
図 4-10 微小パルス逆回復による過大サージ電圧の発生

4-11第４章 トラブル発生時の対処方法

この現象によって製品の耐圧保証値を超えるサージ電圧が発生すると素子破壊に繋がる可能性があります。当社の評価では Tw＜1μs でサージ電圧が急激に増加する事が確認されています。装置設計を行なう
際にはこのような短いゲート信号オフパルスが発生しないように注意してください。
なお、Tw が 1μs 以下になる運転モードがある装置においては、最小 Tw におけるサージ電圧が素子耐圧以下になることを確認願います。もしサージ電圧が素子耐圧を超える時は下記に記載のサージ電圧対策を実施してください。
 RG を大きくする 回路インダクタンスを低減する
 スナバ回路を強化する
 CGE を付加する
 アクティブクランプ回路を付加する
図 4-11 に，6MBI450U-120(1200V,450A)の微小パルス逆回復時のダイオード逆回復波形を示します。RG
を 1.0Ωから 5.6Ωに大きくすることで，サージ電圧が低減されていることがわかります。

Ed=600V，IF=50A，Tj=125℃，tw=1μs
6MBI450U-120
図 4-11 微小パルス逆回復時の逆回復波形例

4-12

第４章 トラブル発生時の対処方法

3.5 並列時の発振現象
製品を並列接続する際には主回路配線の均等性が非常に重要になります。配線の均等性が取れていない
場合、配線の短い素子にスイッチング時の過渡的な電流集中を起こし、素子の破壊や長期信頼性の低下をまねく可能性があります。また、主回路配線の均等性が実現できてない回路では、当然その主回路インダ
クタンスが各素子に対してアンバランスになっており、スイッチング時の di/dt で各配線のインダクタンスにバラバラな電圧発生が発生し，その電圧でループ電流などの異常発振電流が発生することで、素子破壊に繋がる可能性もあります。
図 4-12(1)にエミッタ部の配線インダクタンスを極端にアンバランスにした場合の振動現象を示します。
これは，並列接続されたエミッタ部の配線ループに振動電流が流れゲート電圧を振動させることで，IGBTが高速にオンオフし振動現象が発生します。この対策として，各ゲート・エミッタ配線にコモンモードのコア挿入し，エミッタ部のループ電流が流れなくする方法があります。図 4-12(2)の影響をなくした場合の波形を示します。図 4-12(2)より，振動が抑制されていることがわかります。
このように，主回路配線設計を行なう際には回路の均等性に十分注意してください。

(1) 極端にエミッタ配線をアンバランスにしたとき(2) ゲート・エミッタ配線にコアを挿入したとき

図 4-12 2 並列時のコレクタ・ゲート電流波形(iG1,iG2:5A/div，iC11, iC21：100A/div, t：0.5µs/div，Ed=600V 1200V, 300A , IGBT, 2 並列時)

4-13

第４章 トラブル発生時の対処方法

3.6

半田付けプロセスの注意

IGBT モジュールの端子にゲート駆動回路や制御回路を半田つけする時の半田温度が過剰に高くなりますと、ケース樹脂材料が溶ける等の不具合が発生する可能性があります。仕様書に端子半田付け時の耐熱試験項目がありますので、この条件を超える半田プロセスでの組立は行なわないようにお願いします。一
般的な製品の仕様書に記載している端子耐熱性の試験条件を下記に示しますので、ご参考ください。
半田温度： 260±5℃
投入時間： 10±1sec
回数
3.7

：

1回

IGBT モジュールのコンバータ部への適用

IGBT モジュール内に使用されているダイオードには，定格 I2t があります。定格 I2t とは，持続時間の非
常に短い電流パルス(10ms 未満)について、順方向の非繰返しの過電流容量を表します。I は実効電流で，tはパルスの持続時間を示します。整流回路（またはコンバータ回路）などに使用する場合には，起動時にラッシュ電流が流れますが,この電流を定格 I2t 以下で使用願います。また，I2t 定格を超える場合には，例
えば抵抗とコンタクタを並列接続した起動回路を，交流電源と整流回路間に接続するなどの対策をお願い
します。

3.8

EMC ノイズ対策

近年では、IGBT モジュールを使用したインバータ・UPS などの変換装置は欧州の CE マーキングや国内の VCCI 規格への対応が必要で、EMI ノイズ(装置が運転時に発生する伝導性および放射性の EMI ノイズ)を、規格値レベル以下に抑制することが装置の設計において重要な課題となっています。
IGBT モジュールは世代を経るごとに特性改良による高速スイッチング化、低損失化が進んできているた
め、IGBT をスイッチングさせた際に発生する高い dv/dt,di/dt が放射性 EMI ノイズの原因となる場合が多くなってきています。
この放射性 EMI ノイズの主な要因は、IGBT がターンオンする（対向アーム側の FWD が逆回復する）際に生じる高い dv/dt,di/dt がトリガとなって、半導体デバイスの接合容量などの浮遊容量と配線上の浮遊イ
ンダクタンスとで生じる高周波の LC 共振によるものと考えられます。
IGBT モジュールがスイッチングすることによって発生する放射性 EMI ノイズを低減させるためには、駆動条件の見直しによりスイッチング特性、特にターンオン特性をソフト(低速)化することが有効です。第７章を参照し、適切な駆動条件を検討してください。

4-14

第４章 トラブル発生時の対処方法
図 4-13 にゲート抵抗を大きくすることによってスイッチング特性をソフト化した場合の放射性 EMI ノイズ特性の測定例を示します(測定サンプル：2MBI150SC-120 1200V/150A)。標準ゲート抵抗値(5.6Ω)。標準ゲート抵抗の２倍程度とすることによさせることができます。
ただし、スイッチング特性をソフト化して放射性 EMI ノイズを抑制すると、スイッ
チング損失は増加する傾向となりますの

Radiation Noise [ dBuV ]って、10dB 以上放射性 EMI ノイズを低減

90

RG=5.6Ω
RG=12Ω
RG=18Ω

80

70

60

50

で、装置の運転条件やモジュール冷却条件
40などとのバランスを考慮しながら駆動条
30件を設定することが重要です。
また，放射性 EMI ノイズの一般的な対策
例を表 4-2 に示します。放射性 EMI ノイズ

20

10
30

は装置の配線構造や材質・回路構成などに

200

100

Frequency [ MHz ]よりその発生要因・ノイズレベルが異なり

使用装置：15kW

ますので、それぞれの対策例が有効である

使用デバイス：2MBI150SC-120

かどうかは個別に検証が必要です。

汎用インバータ

図 4-13 ゲート抵抗を大きくしたときの放射性 EMI

表 4-2 放射性 EMI ノイズ対策例
対策
駆動条件の見直し(dV/dt,di/dtの低減)

内容
ゲート抵抗(特にターンオン側)をカタログ記載の標準値より2～3倍の範囲で大きくする。
ゲート・エミッタ間に小容量のコンデンサを接続する。
容量は帰還容量～入力容量(Cres～Cies)程度。
スナバコンデンサをスナバコンデンサとIGBTモジュールの間の配線モジュールと最短で接続 を最短にする(モジュールの端子に接続)。
配線インダクタンスの
直流バスラインを平行導体化してインダクタンス低減を低減する(銅バーの適用など)。
フィルター
装置の入出力にノイズフィルターを接続する。
配線のシールド
入出力ケーブルをシールドしてケーブル部分の放射性ノイズを低減する。
装置ケースの金属化
装置筐体を金属化し、装置から放射されるノイズを抑制する。

4-15

備考
スイッチング損失が大きくなる
スイッチング時間が長くなる
スイッチング損失が大きくなる
スイッチング時間が長くなる
スイッチング時のサージ電圧やdV/dtの抑制にも効果あり
同上
各種市販品ありご 注意
1. このカタログの内容（製品の仕様、特性、データ、材料、構造など）は 2017年 1月現在のものです。
この内容は製品の仕様変更のため、または他の理由により事前の予告なく変更されることがあります。このカタログに記載されている製品を使用される場合には、その製品の最新版の仕様書を入手して、データを確認してください。
2.

本カタログに記載してある応用例は、富士電機の半導体製品を使用した代表的な応用例を説明するものであり、本カタログによって工業所有権、その他権利の実施に対する保証または実施権の許諾を行うものではありません。

3.

富士電機（株）は絶えず製品の品質と信頼性の向上に努めています。しかし、半導体製品はある確率で故障する可能性があります。
富士電機の半導体製品の故障が、結果として人身事故，火災等による財産に対する損害や、社会的な損害を起こさぬように冗長設
計、延焼防止設計、誤動作防止設計など安全確保のための手段を講じてください。

4.

本カタログに記載している製品は、普通の信頼度が要求される下記のような電子機器や電気機器に使用されることを意図して造られています。
・工作機械
・コンピュータ ・OA 機器
・通信機器（端末）・計測機器
・オーディオビジュアル機器
・家庭用電気製品
・パーソナル機器
・産業用ロボット など

5.

本カタログに記載の製品を、下記のような特に高い信頼度を持つ必要がある機器に使用をご予定のお客様は、事前に富士電機（株）
へ必ず連絡の上、了解を得てください。このカタログの製品をこれらの機器に使用するには、そこに組み込まれた富士電機の半導体製品が故障しても、機器が誤動作しないように、バックアップ・システムなど、安全維持のための適切な手段を講じることが必要です。
・輸送機器（車載、舶用など）
・幹線用通信機器
・交通信号機器・ガス漏れ検知及び遮断機
・防災／防犯装置
・安全確保のための各種装置
・医療機器

6.

極めて高い信頼性を要求される下記のような機器及び戦略物資に該当する機器には、本カタログに記載の製品を使用しないでくだ
さい。
・宇宙機器
・航空機搭載用機器
・原子力制御機器・海底中継機器7.

本カタログの一部または全部の転載複製については、文書による当社の承諾が必要です。

8.

このカタログの内容にご不明の点がありましたら、製品を使用する前に富士電機（株）または、その販売店へ質問してください。
本注意書きの指示に従わないために生じたいかなる損害も富士電機（株）とその販売店は責任を負うものではありません。