トランジスタ｜評価編

インバータ回路におけるスイッチング素子の逆回復特性の重要性 ダブルパルス試験によるPrestoMOS™と通常のSJ MOSFETの損失比較（実測定結果）

2022.09.13

この記事のポイント

・インバータ回路における逆回復損失を評価するために、ダブルパルス試験を用いた。

・PrestoMOS™と通常のSJ MOSFETの比較において、逆回復特性が優れるPrestoMOS™の方が、スイッチング損失が小さいことが確認された。

・これは、インバータ回路の損失を低減する上での、PrestoMOS™の優位性を示している。

3つ目の「ダブルパルス試験によるPrestoMOS™と通常のSJ MOSFETの損失比較」について、実測結果を基に説明します。

ダブルパルス試験によるPrestoMOS™と通常のSJ MOSFETの損失比較（実測定結果）

図12にダブルパルス試験回路を示します。Low SideのMOSFET（Q2）をON/OFFさせることでQ1に還流電流を流して、スイッチング損失を測定します。ダブルパルス試験の測定手順は、以下の通りです。

  • ① Q2をONし、L1に電流を流し、エネルギーをL1に蓄積。
  • ② Q2をOFFし、L1からQ1のボディダイオードに還流電流を流すことで、L1に蓄積したエネルギーを放出（この時、Q2のターンOFF損失を測定）。
  • ③ Q1のボディダイオード還流中にQ2をターンONし、逆回復電流が流れている時のターンON損失を測定（電流プローブと電圧プローブで測定）

ダブルパルス試験によるPrestoMOSと通常のSJ MOSFETの損失比較（実測定結果）。ダブルパルス試験測定回路

※ダブルパルス試験測定回路の詳細な動作原理については、Tech WebのSiパワーデバイス 評価編「ダブルパルス試験によるMOSFETのリカバリ特性評価」を参照、もしくは、本章の参考としたアプリケーションノート（PDF）を参照。

評価対象デバイスとして、高速な逆回復特性を特徴とするPrestoMOS™であるR6030JNxと、通常のSJ MOSFETであるR6030KNxを比較しました。また、他社品についても比較評価しました。図12の測定回路での測定条件を以下に示します。

  • （1）Low Sideスイッチング（High Side還流）
  • （2）ゲート駆動電圧VGS：0V to 12V
  • （3）電源電圧Vin：280Vdc
  • （4）インダクタL1：1mH
  • （5）定常時ドレイン電流ID：2A、4A、6A、8A、10A
  • （6）ゲート抵抗RG(on)：デバイスにより変更（ターンONのdi/dtを、100A/µsに合わせるため）

    • ・PrestoMOS™ R6030JNx：60Ω（180Ωを3並列）
    ・R6030KNx：180Ω

  • （7）ゲート抵抗RG(off)：22Ω

ダブルパルス試験にて実測したターンON時の電流波形を図13に、電圧波形を図14に示します。また、ターンOFF時のスイッチング電流波形を図15に、電圧波形を図16に示します。これらの波形は、定常時ドレイン電流IDが6Aの時のものです。

ダブルパルス試験によるPrestoMOSと通常のSJ MOSFETの損失比較（実測定結果）。ターンON/OFFドレイン電流スイッチング波形、およびターンON/OFFドレインドレイン-ソース間電圧スイッチング波形の比較

R6030KNxと比較して、PrestoMOS™ R6030JNx（赤色線）の方がターンON時の逆回復電流が非常に小さく、かつ逆回復時間も短いことが分かります。これにより、後述するターンON損失を大幅に削減することが可能です。

次に、スイッチング損失測定結果を示します。図17はターンON時にスイッチが消費するエネルギーEON、図18はターンOFF時にスイッチが消費するエネルギーEOFFです。結果として、前出の図13、図15のスイッチング波形が示す通り、PrestoMOS™ R6030JNx（赤色線）の損失が小さいことが明らかです。

ダブルパルス試験によるPrestoMOSと通常のSJ MOSFETの損失比較（実測定結果）。ターンON/OFFスイッチング損失の比較

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