APPLICATION NOTE
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ゲート-エミッタがターンオンとにぼす
AND9072/D
はじめにIGBTのターンオン・スイッチングに)する+,-.

アプリケーション・ノートでは、ゲート−エミッタがIGBTデバイスのにぼすのいくつかについてします。MOSFETやBJTとはなり、IGBTのゲート−エミッタは、デバイスによりきなをぼします。ゲート−エ
ミッタのきさは、デバイスのターンオンと、 !"#$にします。

IGBTのVGEKをZするに/0する1がある[\が3つ56します。
1. VCEの]2,-,MOSFETは^@_いゲート
でチャネルがDにbされる(cのMOSFETのd$7で、VGSが10,Vを4<ったeはゲインはDE)のにfし、IGBTのd$/g7はVGEにhi@にj5するklをmします。このことを@nにomしているのが、IGBTのデータシートからpqしたFigure 1です。rsがmすように、コレクタ
vKがwじ=>、VGEKが4xして11,Vを4<ると、g(VCE)にきなゲインがられます。Sy、VGEが4xして13,Vを4<ると、よりきいvはサポートできません。
vアプリケーションの=>､VCEの|}がわ
ずか0.1,Vでも、コレクタv10,Aごとに1,Wの~$につながります。

!"

MOSFETとIGBTには、ゲート%&をじてデバイスのオン/オフを(り)えるという*+があります
が、IGBTをドライブするときに/0する1がある
234の いも56します。ゲートが78のレベルを4<った=>、? @なMOSFETのスイッチ
ング23がそのからCけるはDE にとどまります。そのFG、MOSFETのドライブ< でゲートにHIを け、>ゲートJ(QG)KをDELすることにMNがあります。OP、IGBTの=>はこれQRの/0Sが56します。したがって、MOSFETからIGBTにTする=>、QUの/0SにVづいて、DなゲートレベルをWXする
1がYじることがあります。
50
TA = 25°C

15 V

VGE = 17 V

13 V

IC, Collector Current (A)

40

11 V

30

209V

107V

00

1

2

3

4

5VCE, Collector-to-Emitter Voltage (V)Figure 1. Output Characteristics of a 15 A, 600 V IGBT

© Semiconductor Components Industries, LLC, 2012

September, 2022 − Rev. 2

1Publication Order Number:AND9072JP/D

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する1がある>ゲートJのKがします。ゲートとJQのをmす
グラフを、oのように3つのに\すると、DのセクションはQGEセクションです。
これは+からプラトーにするまでのです。2のセクションはQGCで、プラトーを します。Deに、3の
でのJはVGEのyのKに^しています。
このでは、VGEKがプラトーをえて2,Vくなるたびに、QGKがI10,nCすることになります。これによって、ゲートJがし、デバイスおよびドライブ< の $がきくなるとwに､VCEKがEさくなるFGとなります。このMN
で、VGEKをにプラトーよりいKにするが、!にくしないことが ¡されます。

2. ゲートJにする/0S・アプリ
ケーションでフル・ターンオンをyするには、MOSFETドライバとIGBTドライバのPともプラトーを4<るをする1
があります。プラトーは、デバイスでのミラーGとwのGを するのに1なKです(MOSFETでJQGD、IGBTでJQGCがO8であると8した=>)。
プラトーをFigure 2にmします。ここにmすとおり、? @なMOSFET,(5,V)よりも? @なIGBTでプラトーがくなっています(10,V)。また、IGBTのプラトーはコレクタvのとしてよりきな]2をmします。そのFG、IGBTのVGEKを、? @なFETのVGSKよりいKに 8することにMNがあります。ただし、どちらのでも、ゲートが4xしてプラトーを4<ると、スイッチング・サイクルごとに16
ICE = 15 A

VGE, Gate-emitter Voltage (V)

14VCES = 300 V

12Region 1Region 2Region 310VCES = 400 V

864200102030405060708090

QG, Gate Charge (nC)

Figure 2. Gate Voltage vs. Gate Charge Characteristics (15 A, 600 V IGBT)が&8されているため、VGEKをくしても、これらのドライバを³¦するアプリケーショ
ンにはきなをぼしません。

3. "Tにする/0S・4#の¢に
えて、デバイスのターンオンもVGEKによって£まります。VGEKが¤えられると、¥¦§なドライブvはRGKに¨^します。
OP､RGを©8し､VGEを4xさせると、よりきいvがvれ、JのQGEセクションがªEされます。これにより、スイッチング$もくなり、ターンオン・エネルギーが¬に­®します。ハード・スイッチング・アプリ
ケーションでのターンオン/ターンオフ・エ
ネルギーは、コレクタvとコレクタの"Tによって°%されることに±Mしてください。ICドライバの²くはvドライブ$Figure 3にmすように、VGEKが12 Vを4<るとターンオン・エネルギーEonは¬にU'します。
ただし、VGEKが15〜20 Vのにある=>、Eonに
きな いはありません。このklはv´µ¶·に¸てはまります。Figure 4にmすように、RG Kを]Lさせた=>も、EonKにきな いがYじます。
これらのoにVづいて、VGEKがいほど(15〜18 Vの´µ)、またRGKが_いほど、IGBTのドライブにとってD¹のºみ>わせであると »できます。

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2

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6
RG = 22 W
12 V
15 V
17 V
20 V

5Eon (mJ)

432
100510152025

Ipk (A)

Figure 3. Turn-on Energy Characteristics (Fixed RG and varying VGE)

1.15

Eon (mJ)

0.9

0.65

0.4
101520253035

RG (W)

Figure 4. Turn-on Energy Characteristics (Fixed VGE and varying RG)

4#の3つの/0SにVづき、VGE KがIGBTのスイッチングにぼすにして、¼の(なIを½くことができます。
• FETドライブ< に^べて、IGBTではよりいドライブVGE (15,V¾e)を³¦するのが(です。
• いは²くの+(gや"Tなど)で¿À
ちますが、すぎるとゲートJÁがくなります。
• ドライブの!ÂがIGBTをÃするSÄを)Å
するために、ÆfDK(ÇÈKは±20,V)からあるÉのマージンをnÌする1があります。

/01の23

インバータおよびモータ・ドライブ・アプリケー
ションにおけるきなÎÏは、 !*ÐÄの"#$です。 !*ÐがÑYしているは、デバイス%にがÒされ、ゲートÓはD23Kにしています(Figure 5をÔÕ)。IGBTにはゲインがきいという7があるので、コレクタvはÖらかの×n8Kまで4xし、そのKはゲート−エミッタによりH されます。このØをじて、デバイス%にきなエネルギーがえられますが、そのエネルギーがデバイスのÙÚ$を4<る=>は、ÛブレークダウンによりデバイスはÝÞされます。"#が_いデバイスの=>、きな
vがvれるとßYNPNバイポーラ・トランジスタがターンオンし、デバイスのラッチアップをàき+こし、ゲートHáâはわれます。

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Short Circuit Fault

VGG

VCC

Figure 5. Equivalent Short Circuit Conditionòâを1することです。ただし、ほとんどの=>これはðなZóではありません。 !"#をめるôのõïは、デバイスで !が2öされた
ときはゲートをUげることです。Figure 6のデー
タは、ゲートと !vの、ゲートと!"#Øのをmしています。Figure 6にmすように、ゲートが_い=>はvをEさなKにH し、 !"#Øを÷3します。したがって、よりøùのい7と3い !"#Øが1な=>、スイッチングに4するゲインとのトレードオフを/0し、アプリケーションでVGE を_­することがðである§があります。

IGBTは、ホット・スポットäåのためBJTに^べて2¼ブレークダンのをCけ,いので、デバイスにえられるエネルギーが-æ§なKQUに
されている=>、 の !Äに"えることができます。IGBTはOçに78èÁUでの !"#(ÇÈKは10 ms)が&8されています。この"#により、R.< をアクティブにし、 !èÁ
をêり/くためのëìが§になることがØíされます。
あるÉの、デバイスを !èÁからÌ0するためのî々なPïがあります。 !"#をy
するDもG@なPïは、デバイスに©ðのvñ
60.0

200
180

50.0

160

tSC (ms)

ISA

120
100

30.0

80
20.0

ISC (A)

140

40.0

60

tSC

40

10.0

2000.0101214

161820VGE (V)

Figure 6. Short Circuit Response of IGBT

ゲート−エミッタのきさをDLすることができます。OPで、ゲート−エミッタを
くすると、デバイスの !"#が_UすることもÚ5する1があります。これら2つのを³¦し、アプリケーションのý·@なÁも/0して、þは Áを満たす、D¹のK(およびIGBT6品)をZすることができます。

まとめIGBT は 、   v ・    デ バ イ ス で あ り 、MOSFETに^べて78の¥+があります。IGBTは$アプリケーションで³¦されるので、úûにする/0S(øù)とü(_)のPが(です。アプリケーション・ノートでしたように、デバイスのターンオンを_­するために、

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