東芝、IGBTとFWD向け回路モデルを新たに開発：ゲート抵抗の変化にも対応

東芝デバイス＆ストレージは、外部環境の変化に対応して電力効率とEMIノイズを高精度に予測できるIGBTとFWD（Free Wheeling Diode）向けの回路モデルを新たに開発した。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

予測精度は電力効率で20％、EMIノイズで40％も向上

　東芝デバイス＆ストレージは2020年9月、外部環境の変化に対応して電力効率とEMIノイズを高精度に予測できるIGBTとFWD（Free Wheeling Diode）向けの回路モデルを新たに開発したと発表した。従来の回路モデルに比べ、ターンオン時における電力効率の予測精度を20％、EMIノイズの予測精度は40％も、それぞれ改善できるという。

　IGBTは、バイポーラ素子特有の複雑な構造となっており、回路モデルで高い予測精度を実現するのは難しいといわれてきた。そこで同社は、従来の回路モデルにスイッチング特性用のサブ回路を追加。「電子とホールの動きを表現する機能」と、「スイッチング動作中における容量の経時変化に対応する機能」を備えた回路モデルを開発し、2019年に開催された学会で発表した。ただ、この時はゲート抵抗の変化に対応する機能は含まれていなかったという。

　新たに開発した回路モデルは、モデルの構成自体は従来と同じだが、回路モデル内に付け加えられたキャパシターの容量値が変化するモデルとした。ゲート抵抗の値に追従して、キャパシターの容量値が変化することに着目。この変化を数値化し適用することで、ゲート抵抗の変化にも対応できるIGBT回路モデルを実現した。

　もう1つの特長は、IGBTと組み合わせて用いるFWDについても、スイッチング時の動作を考慮した点だ。FWD回路モデルの逆回復特性にも、ゲート抵抗に依存して特性が変化する機能を組み込んだ。これにより、ターンオン時における電流波形の変化を再現しやすくなったという。

開発品と従来の回路モデルによる予測精度の一例 出典：東芝デバイス＆ストレージ

　新たに開発した回路モデルをIGBT応用機器の回路設計に適用することで、外部環境の変化に対応した高精度のシミュレーションが可能となる。