電力用変換素子(3)

MOSFET

ポイント
〇MOSFETはゲート電圧によりドレインーソース間の電流を制御する半導体素子
 ・FETはFeild Effect Transistor(電界効果型トランジスタ)の略。トランジスタの一種
 ・(バイポーラ)トランジスタが電流制御型、FETは電圧制御型と分類される
  →FETは電圧で制御できると言われるが、トランジスタに比べて少ない電流でいいだけ
   制御電流は0ではない

〇nチャネルMOSFETとpチャネルMOSFETの2種類
  ・まずnチャネルMOSFETの動作を覚えておく。npnトランジスタとほぼ同じ
   →pチャネルMOSFET対象的な動作をする。pnpトランジスタとほぼ同じ

nチャネルMOSFETの特徴

pチャネルMOSFETの特徴

IGBT

タイトル
〇IGBTはMOSFETと(バイポーラ)トランジスタを接続したもの
 ・MOSFETの出力部にトランジスタを接続する
  →このような接続方法を「ダーリントン接続」という

 ・IGBTはInsulated Gate Bipolar Transistor(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)の略
   MOSFETが「絶縁ゲート」の役割を担っている

 ・MOSFETと同じく、電圧制御型だが、制御電流はMOSFETに比べて大きくなる
  →後段のトランジスタの電流制御のために、MOSETのゲートにたくさんの電荷を集める
   必要があるため
   →しかも、MOSFETの出力部にトランジスタが接続されているので、トランジスタ単体の
    電流制御よりもたくさんの電荷が必要になる
    →この現象を「ミラー効果」という

IGBTの特徴

大容量素子の性能比較

ポイント
〇ターンオン/ターンオフできる大容量素子、GTO、IGBT、MOSFETの性能比較

〇素子で扱える出力電流を比較するとGTO>IGBT>MOSFETとなる
 ・MOSFETは出力電流が増えると内部発熱が増えるため、大容量化が難しい
  →素子の内部発熱はIGBTは出力電流に比例する。MOSFETは出力電流の2乗に比例する

〇電圧制御式の方が制御電流は小さいが、出力電流が増えると、制御電流は増えてしまう

〇動作速度と制御電流には強い相関があり、制御電流が増えると、動作速度は低くなる
 →大きい制御電流を0にしたり、向きを変えるためには時間がかかるため動作速度は下がる

大容量素子の性能比較