会社ブログについて Infineon IKW25N120T2 1200V 25A IGBTトランジスタ（逆並列ダイオード付き）

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd. は Infineon のIKW25N120T2 1200V 25A IGBT トランジスタ（逆並列ダイオード付き）を供給しています。

I. IKW25N120T2 モデルと製品ポジショニング

IKW25N120T2 は、Infineon の第 2 世代（T2）TRENCHSTOP シリーズの 1200V/25A シングルトランジスタ IGBT です。これは「DuoPack」構成を採用しており、IGBT チップとソフトリカバリ、高速リカバリのエミッタ制御ダイオードを 1 つの PG-TO-247-3 プラスチックパッケージに統合しています。注文コードは IKW25N120T2FKSA1、シルクスクリーンマーキングは K25T1202 です。

モデル指定は仕様を明確に示しています。「IK」は逆並列ダイオード付き IGBT を意味します（「IG」で始まる指定はダイオードなしのシングルチップ IGBT を示します）。「W」は TO-247 パッケージを表します。25 は、ケース温度 100℃ での定格コレクタ電流 25A を意味します。120 は 1200V の電圧定格を意味します。T2 は TRENCHSTOP 第 2 世代プラットフォームを指し、チップ技術は Infineon の第 4 世代 IGBT（IGBT4）のトレンチゲートフィールドストップ構造から派生しています。公式に推奨されるスイッチング周波数範囲は 2 kHz から 20 kHz です。これは、スイッチング損失も考慮に入れながら導通損失を優先する「低周波ハードスイッチング」デバイスとして位置付けられており、高周波動作用に設計された H3 シリーズを補完します。

II. IKW25N120T2

の技術プラットフォームと構造的特徴

このデバイスの中心には、トレンチゲートとフィールドストップからなる複合構造があります。トレンチゲートはチャネルをプレーナから垂直に変換し、セル密度とトランスコンダクタンスを向上させます。フィールドストップ層はドリフト領域の末端にバッファを形成し、チップを薄く製造できるようにしながら 1,200V のブレークダウン電圧を維持し、これにより飽和電圧降下とオフ時のテール電流を同時に低減します。以前のプレーナゲート IGBT と比較して、この世代は静的特性と動的特性の両方で改善されており、オンステート損失とスイッチング損失を単純にトレードオフするだけではありません。

逆並列ダイオードは、エミッタ制御の高効率（HE）設計を採用しており、非常にソフトなリカバリ波形と制御可能なリカバリ電荷が特徴です。これにより、IGBT がオンになった瞬間のダイオードのピーク逆回復電流が抑制され、オン時損失と EMI が低減されます。これも「DuoPack」パッケージの実用的な価値です。IGBT とそのダイオードは同じメーカーによって設計および一致されており、同じチップ面積に収まります。ユーザーは個別の高速リカバリダイオードを自分で選択する必要がなく、スペースとコストを節約し、不一致のエラーを回避できます。IKW25N120T2

IKW25N120T2

の主要な静的パラメータ

コレクタ-エミッタ間電圧（VCE）は 1200V（VGE = 0V、IC = 500μA で測定）、最大ゲート-エミッタ間電圧は ±20V、動作接合部温度範囲は -40℃ から +175℃、保管温度範囲は -55℃ から +150℃ です。

電流容量は 2 つのレベルに分かれています。ケース温度（TC）25℃ での DC コレクタ電流は 50A、TC = 110℃ では 25A に低下します。これが「25A」定格の由来です。パルスコレクタ電流 ICPuls は 100A（Tjmax による制限）、オフ時の安全動作領域（SOA）も 100A（VCE ≤ 1,200V、Tj ≤ 175℃）です。ダイオード側：順方向電流は TC = 25℃ で 40A、TC = 110℃ で 25A、パルス電流は 100A です。

飽和電圧降下 VCEsat は、VGE = 15V、IC = 25A の条件下で、25℃ で通常 1.7V（最大 2.2V）、150℃ で通常 2.1V、175℃ で通常 2.2V です。これらの値は 1200V/25A クラスとしては低めであり、T2 プラットフォームの「低 VCEsat」というセールスポイントを直接反映しています。さらに重要なのは、VCEsat が正の温度係数を示すことです。高温になると電圧降下は減少するのではなく増加します。複数のデバイスが並列に接続されている場合、電流は自然にバランスが取れ、個々のデバイスが電流を「奪い合う」ことによる熱暴走を防ぎます。その結果、メーカーは「容易な並列化」を機能として明示的にリストアップしています。

その他の静的パラメータ：ゲートしきい値電圧 VGEth は 5.2V / 5.8V / 6.4V（最小 / 標準 / 最大）、トランスコンダクタンス gfs は通常 13.5S（VCE = 20V、IC = 25A）です。このしきい値電圧の広い分布は、デバイスがロジックレベルドライバ（3.3V または 5V など）と直接互換性がないことを意味します。+15V のオン電圧を持つ専用 IGBT ドライバを使用する必要があります。ゼロゲート電圧リーク電流 ICES は、25℃ および 1200V で約 0.4mA、150℃ で約 4mA、175℃ では 20mA に達する可能性があります。高温でのブロッキング損失は、高温待機中または高温環境での使用時に考慮する必要があり、通常の温度の値を使用して推定することはできません。IKW25N120T2

IV.

IKW25N120T2

の動的パラメータとスイッチング損失

入力容量 Ciss は 1600pF、出力容量 Coss は 155pF、逆伝達容量 Crss は 90pF（VCE = 25V、VGE = 0V、1MHz）。ゲート電荷 QGate は 120nC（VCC = 960V、IC = 25A、VGE = 15V）。このデータセットは、駆動電力を決定します。式 Qg × ΔVGE × fsw を使用して推定すると、10kHz でのゲート駆動電力は約 0.12μC × 23V × 10k ≈ 28mW です。ドライバ自体の負荷は非常に軽いですが、主な課題はミラー容量による dv/dt に起因する誤トリガーであり、駆動電力不足ではありません。

誘導負荷、VCC = 600V、IC = 25A、VGE = 0/15V、RG = 16.4Ω のテスト条件下では、25℃ でのスイッチング特性は次のとおりです。オン遅延 td (on) 27ns、立ち上がり時間 tr 20ns、オフ遅延 td (off) 265ns、立ち下がり時間 tf 95ns、オンエネルギー Eon 1.55mJ、オフエネルギー Eoff 1.35mJ、合計スイッチングエネルギー Ets 2.9mJ。175℃ では、td (on) 25ns、tr 24ns、td (off) 340ns、tf 164ns、Eon 2.25mJ、Eoff 2.05mJ、Ets 4.3mJ です。IKW25N120T2175℃ での Ets 4.3mJ に基づくと、スイッチング損失は 10kHz で約 43W、20kHz で約 86W です。これが、メーカーが上限を 20kHz に設定した理由です。それ以上の周波数では、スイッチング損失が効率の向上を急速に侵食し、H3 または IGBT7 デバイスの領域に入るでしょう。

V.

IKW25N120T2

逆並列ダイオードの詳細IKW25N120T2このデータセットの「ソフト」な性質は、比較的穏やかな dirr/dt に反映されており、高温ではさらに遅くなります。回復プロセスには急激な電流低下がなく、バス寄生インダクタンスに大きな電圧スパイクを誘発しないため、良好な EMI 性能が得られます。トレードオフは比較的高い Qrr（175℃ で 3.65μC）です。20kHz のハードスイッチングブリッジアームでは、ダイオード回復損失が総損失のかなりの部分を占めます。エンジニアリング上のトレードオフは次のとおりです。アプリケーションが低ノイズ、低電圧スパイク、全体的なシステム信頼性を優先する場合、このソフトリカバリの組み合わせは適しています。可能な限り高い高周波効率を目指す場合は、H3 または IGBT7 と互換性のある、より高速なリカバリ時間を持つダイオードを使用する必要があります。

VI.

IKW25N120T2

短絡能力と安全動作領域IKW25N120T2

10μs のウィンドウは、保護設計に明確な要件を課します。デサチュレーション検出のブランキング時間は 10μs 未満である必要があり、ソフトシャットダウンのスロープは、シャットダウン時の di/dt が浮遊インダクタンスに過電圧を誘発して破壊を引き起こすのを防ぐのに十分に穏やかである必要があります。10μs を超える短絡は必然的に故障につながります。したがって、これは「オプションの保護」ではなく、必須の要件です。また、初期接合部温度 175℃ では、短絡電流が減少し、ウィンドウが狭くなることにも注意が必要です。したがって、高温、高負荷の動作条件下での保護しきい値にはマージンを設ける必要があります。

VII.

IKW25N120T2

の熱設計と電力損失推定IKW25N120T225A、150℃、10kHz の標準的な動作条件に基づく概算：導通損失は約 25A × 2.1V ≈ 52.5W、スイッチング損失は約 2.9～4.3mJ × 10kHz ≈ 29～43W です。これらの合計は約 80～95W です。Rthjc が 0.43 K/W と仮定すると、接合部とケース間の温度差だけでも 35～41K です。ケース温度を 80℃ に制御すると、接合部温度はすでに 120～125℃ に近くなり、175℃ の上限までいくらかのヘッドルームがありますが、このマージンは 20kHz では急速に狭まります。これは、このデバイスが「中周波数、高電流、および適切に設計されたヒートシンク」を伴うアプリケーションに適しており、高周波に対応するために小さなヒートシンクを無理に使うのではなく、ということを示しています。

ダイオードの熱抵抗は IGBT のほぼ 2 倍（0.81 K/W）です。フリーホイールデューティサイクルが高い、または力率が低い（つまり、無効電力成分が高い）ブリッジ回路では、ダイオードの接合部温度が最初に限界に達する可能性があります。ヒートシンクを選択し、接合部温度を計算する際には、ダイオードを個別に計算する必要があります。IGBT の熱抵抗曲線だけに頼るべきではありません。

VIII.

IKW25N120T2

ドライバと並列構成の主要な設計上の考慮事項IKW25N120T2

TO-247 パッケージの内部ゲート抵抗 RGint は 0 です。つまり、すべてのゲート抵抗は外部で提供され、かなりの設計柔軟性があります。しかし、これは内部ダンピングがないことも意味します。わずかに長いゲート回路トレースでも簡単に振動が発生する可能性があります。したがって、レイアウトでは駆動回路をデバイスのできるだけ近くに配置し、一点アースを使用し、電力回路とゲート回路間のカップリングを防ぐ必要があります。内部エミッタインダクタンス（LE）は約 13nH です（ケースから 5mm で測定）。共通エミッタインダクタンス効果により、この値はオフ時の速度を制限し、電圧スパイクを増加させます。これは、ケビン接続またはコンパクトなバスバーをレイアウト中に使用して、これらの効果を抑制する必要がある領域です。

並列動作に関しては、VCEsat の正の温度係数は静的電流共有を自然に促進し、これは公式には「容易な並列化」と呼ばれます。ただし、並列化する際には 2 つの点に注意が必要です。第一に、VGEth の 5.2～6.4V のばらつきにより、オン時タイミングにわずかなばらつきが生じます。動的電流共有は、各デバイスに独立したゲート抵抗を使用してバランスを取る必要があります。第二に、並列化後、総 Qg と Ciss は指数関数的に増加するため、ドライバのピーク電流をそれに応じて増幅する必要があります。複数のデバイスに単一のゲート抵抗を共有することは推奨されません。

IX. IKW25N120T2 の典型的なアプリケーションシナリオ