最新の断熱ゲート双極トランジスタ（IGBT）は、一般に、金属酸化半導体（MOS）様の入力特性と双極出力機能を備えた電圧制御双極デバイスとして展開されます。 IGBTの導入により、エレクトロニクスエンジニアは、電力MOSFETとBJT成分の機能を組み合わせた単一のハードウェアとして、電力MOSフィールド効果トランジスタ（MOSFET）と小型双極トランジスタ（BJT）の両方の利点を享受できました。この構造は、MOSFETの単純なゲートドライブ特性と、双極トランジスタの高電流および低飽和電圧機能を組み合わせています。
「絶縁ゲート」という用語は、外部電源ではなくゲート端子の電圧を使用するため、MOSFETの入力の高い入力インピーダンスを説明しています。 「双極」という用語は、BJTの出力領域を説明しています。この領域では、電流が電子と穴の2つの電荷キャリアを介して流れます。このため、わずかな信号電圧で膨大な電流と電圧を管理できます。 IGBTは、ハイブリッド構造により電圧制御デバイスです。
パワーエレクトロニクスにおけるIGBTの価値
Power Electronicsは、特にパルス幅変調（PWM）サーボと、バックグラウンドノイズを最小限に抑えて広範囲の速度を正確に制御する必要がある3相ドライブにおいて、IGBTに広く使用されています。これらのデバイスは、途切れやすい電源（UPS）やスイッチモード電源（SMPS）システムなど、頻繁にスイッチングを必要とする電源回路でも利用できます。IGBT効率を高め、ノイズを減らし、自動車やトラックのインバーターサーキット、エアコンや冷蔵庫などの産業用モーターや家電製品でよりダイナミックなパフォーマーになります。
さらに、IGBTは、ソーラーや風力インバーターなどの再生可能エネルギーシステムでも一般的に使用されており、DCパワーを家庭や企業で使用するためにAC電力に効率的に変換するのに役立ちます。高電圧と電流レベルを処理することができ、これらのアプリケーションに最適です。このテクノロジーは、共鳴モードコンバーターサーキットと誘導調理器でも機能します。市販のIGBTのスイッチングおよび伝導損失は低いです。
IGBTの一般的な用途
誘導加熱回路の例を見てみましょう。ゼロ電圧スイッチングまたはゼロ電流スイッチングは、スイッチング損失を最小限に抑えるために誘導加熱に使用されます。 IGBTは、高い共鳴電圧または電流のために、ここでのスイッチとして頻繁に推奨されます。特に、IGBTの使用により、誘導マイクロ波オーブン、誘導米炊飯器、およびその他の誘導調理器具がすべて可能です。同様に、UPSシステムでは、IGBTは中容量と大容量（いくつかのKVAまたは大容量）タイプの両方で利用可能であり、スペースの節約と高効率の両方に貢献しています。
別の例は、電圧ソースコンバーター（VSC）です。 IGBTには高電圧と電流評価があり、これにより、サイリスタでは達成できないレベルの制御と柔軟性が可能になります。それらの使用は、マルチセルミナルDCラインの実装をサポートし、コンバーターのAC側の現在の高調波をフィルタリングすることの難しさは、PWMおよび多層コンバーター技術の適用により減少します。 VSCを使用する高電圧DC（HVDC）は、IGBTの容赦ない進歩により、より短いラインのより魅力的な代替品として出現するため、より高い電圧と電流でより広くなりつつあります。
BJTおよびMOSFETに対するIGBTの利点
導電率変調は、非常に少ない州内電圧降下と、高いオンステート電流密度をもたらします。これにより、チップのサイズと価格の引き下げが可能になります。
入力MOSゲートレイアウトは、低駆動電力機能と簡単なドライブ回路を提供します。高電流および電圧アプリケーションでは、電流制御されたデバイスよりも単純な規制が可能になります。
大規模な安全な動作エリア。双極トランジスタと比較して、電流を伝導するのがはるかに優れており、前方ブロック能力と逆のブロッキング機能の両方で優れていることが証明されています。
結論
IGBTは、Inverter、UPS、VSCS、誘導加熱回路などのパワーエレクトロニクス回路で使用される、MOSのような入力特性と双極出力機能を備えた電圧制御双極デバイスです。市販のIGBTは、スイッチングおよび伝導損失が低く、BJTやMOSFETよりも多くの利点を提供します。たとえば、小さなオンステート電圧ドロップ、高いオンステート電流密度、低い駆動力、より単純な規制、大規模な安全な動作エリア、優れた前方および逆ブロッキング機能を提供します。さらに、IGBTは急速な速度を持ち、高出力レベルを処理できるため、HVDC伝送システムなどのパワーエレクトロニクスアプリケーションでの使用に最適です。