IGBTパワーデバイス|基礎編

ファストリカバリダイオード(FRD)を内蔵したIGBT

2022.02.08

この記事のポイント

・インバータやモータ駆動などIGBTとFRDをセットで使用するアプリケーション向けに、FRDを内蔵したIGBTが用意されている。

・内蔵のFRDには、損失低減のために高速なtrr特性が求められると同時に、リンギングやノイズの発生が少ないソフトリカバリ特性がEMCに関連して重要になる。

IGBTのラインアップには、ファストリカバリダイオード(以下FRD)を内蔵したタイプがあります。

ファストリカバリダイオード(FRD)を内蔵したIGBT

IGBTによるインバータやモータ駆動アプリケーションでは、スイッチング時に発生する逆流電流を流す経路としてダイオードを併用します。このダイオードは還流ダイオードと呼ばれ、一般的にはFRDが用いられます。このようなIGBTとFRDをセットで使用するアプリケーション向けに、FRDを内蔵したIGBTが用意されています。

FRDを内蔵したIGBTの場合、データシートにはその旨が記されており、一般的にはピン配置図に下図のようにFRD内蔵であることが示されています。また、IGBTの仕様に加えて、内蔵のFRDの仕様も示されています。

FRD内蔵のIGBT。

FRD内蔵のメリットは、FRDを外付けする必要がなくなるので、部品点数や実装面積の削減、信頼性の向上が挙げられます。

IGBTに内蔵されたFRDのリカバリ特性とリンギング

インバータやモータ駆動アプリケーションにおいて、還流ダイオードに求められる重要な特性の1つは高速性で逆回復時間trrが短いことです。「モータ用途におけるパワーデバイスの使い分け」で説明したように、スイッチング時のターンオン損失はリカバリ電流の影響が大きいことから、損失低減のためにtrrが高速なFRDを使用します。したがって、IGBT内蔵のFRDにも高速なtrr特性が求められます。

もう1つ重要なポイントとして、内蔵FRDのリンギングがあります。FRDはtrrが高速で急激にリカバリ電流が収束するためリンギング(ノイズ)が発生し、EMCの観点は問題になります。そのため、FRDのリカバリ特性にtrrが高速かつソフトに収束することが求められます。このような配慮がなされたものはソフトリカバリタイプと呼ばれています。

例として、ソフトリカバリタイプのFRDを内蔵したIGBTのRGSシリーズおよびRGTシリーズと、一般的なFRD内蔵IGBTのFRDのリカバリ特性の比較を示します。

ソフトリカバリタイプのFRDを内蔵したIGBTのRGSシリーズおよびRGTシリーズと、一般的なFRD内蔵IGBTのFRDのリカバリ特性比較。

RGSシリーズとRGTシリーズの内蔵FRDは、di/dt=1000A/μsという高速スイッチングにおいても、リカバリ電流の収束が高速でありながらソフトに収束しており、Tj=125℃という高温条件においてもリンギングは発生していません。対して一般品の場合は大きなリンギングが発生していることがわかります。

FRD内蔵のIGBTは利便性が高いのですが、内蔵のFRDのリカバリ特性をよく吟味する必要があります。高電圧大電流を扱うシステムでは、発生しているリンギングやサージも大きくEMCへの影響も大きいので、これは非常に重要なポイントになります。

【資料ダウンロード】

技術資料ダウンロード

IGBTパワーデバイス

ロームでは、技術者向けのセミナーを定期的に開催しています。ご興味をお持ちの方はぜひご参加ください。