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IGBTの動作原理を教えてください。

IGBT 等価回路
IGBT 等価回路

IGBTの等価回路を下図に示します。ゲート(G)-エミッター(E)間およびコレクター(C)-エミッター間(E)が共に正バイアス状態では、Nch MOSFETが導通しそのドレイン電流が流れます。この電流は同時にQPNPのベース電流となり、IGBTはオン状態になります。このQPNPは電流増幅率αが非常に小さく、エミッター電流IE(pnp)は大多数がベース電流IB(pnp)となりますが、一部はコレクター電流IC(pnp)として流れます。このIC(pnp)は、QNPNのベース・エミッター間に挿入されたRBEによりバイパスされ、QNPNは動作しないように設計されています。

したがいまして、IGBTのコレクター電流の大多数は、QPNPのエミッターベースを経由し、Nch MOSのドレイン電流として流れることになります。この時、Nch MOSの高抵抗層であるドリフト層にQPNPのエミッターからホールが注入され、抵抗値Rd(MOS)が大きく減少し、導通時のオン抵抗値が小さくなります。(伝導度変調)

ゲート(G)の信号をオフにすると、Nch MOSがオフ状態に移行し、IGBTとしてもオフ状態となります。

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