本セミナーでは、半導体物性及びデバイス特性と、パワーエレクトロニクス回路との特性を「つなぐ」考え方を学びます。パワーデバイスの特性を理解しサクサクとパワエレ回路を設計したい…多くの回路設計者がそう思うにもかかわらず、パワーデバイスの基礎である半導体物理はとても難解です。また、デバイス特性では、多くの数式が羅列されており、どの式が設計に役立つかを見極めるのが困難です。そこで、本講座では、以下の3つのステップで、パワーデバイスを理解します。 1難解な半導体物性をわかりやすい図と数値例で示し、半導体物性がパワーデバイスの特性にどう反映されるかを実際の動作波形を使って説明します。
- 回路設計に重要な式は、数値演習を通して理解します。 (Excel、電卓演習)
- 重要な式の意味・現象を回路シミュレーションで理解します。 (PSIM演習)
実用的な観点から、パワーエレクトロニクス回路で多用されているパダイオード、IGBT、MOSFET、ワイドバンド半導体 (GaN、SiC) の4つのデバイスについて詳しく説明します。とくにパワーデバイスで重要な以下の項目に着目します。
- 耐圧特性
- デバイスでの損失
- 駆動回路
- パワーデバイスの選定
さらに、デバイスを使いこなすという観点から、動作時のデバイス温度見積り、トラブル事例や回避策についても紹介します。
- パワーデバイスの概要
- パワーエレクトロニクスとは
- パワーデバイスの概要
- パワーエレクトロニクスで使われる回路と動作原理
- 半導体の物性
- Si半導体の物性
- エネルギーバンドとバンドギャップ
- 金属、半導体、絶縁物とバンドギャップ
- 半導体と絶縁物の違いは? -
- 真正半導体、n型半導体、p型半導体
- デバイスの速度を支配するn型半導体とp型半導体の移動度
- 半導体のキャリア密度
- 演習: Si 室温でのキャリア密度計算 (エクセル、電卓演習)
- 伝導度・比抵抗を決める移動度
- 演習: 移動度と伝導度・比抵抗の関係 (エクセル、電卓演習)
- パワーダイオード
- pn接合とダイオード
- pinダイオードとショットキーダイオード
- pn接合の耐圧
- パワーデバイスの構造と動作原理
- ワイドギャップ半導体 (SiC、GaN)
- ワイドギャップ半導体の概要とメリット
- GaNパワーデバイスとSiパワーデバイスの特性比較
- GaNパワーデバイスの温度特性
- パワーデバイスの絶縁破壊と耐圧
- 演習: Si、GaN、SiCの耐圧比較 (エクセル、電卓演習)
- MOSFETの特性、損失、素子温度の上昇
- 横型構造MOSFETの特性
- 演習: MOSFETの基本式 (エクセル、電卓演習)
- 縦型構造MOSFETの特性
- 演習: MOSFETの損失 (エクセル、電卓演習)
- パワーデバイスの損失
- IGBTの特性とデバイスの動作点
- バイポーラデバイスとユニポーラデバイス
- トランジスタ特性
- IGBTの特性
- PSIMシミュレーションのデバイス (サーマル) モデル演習
- 単相インバータの動作 (PSIMの使い方を理解する演習)
- MOSFETの動作特性、損失、PSIMサーマルモデル
- パワーデバイスのドライブ回路、選定方法
- ドライブ回路
- デバイスの選定
- 演習: インバータ用デバイスの選定 (エクセル、電卓計算)
- 熱設計
- トラブル回避