--- title: パワーデバイス概要 url: https://doc.liz6.com/ja/hardware/03-semiconductor/06-power-device-overview locale: ja area: hardware tags: - hardware - semiconductor date: 2026-06-30 modified: 2026-07-16 description: クイックインデックス — BJTおよびMOSFETの範疇を超えた、その他の重要なパワー半導体デバイス --- # パワーデバイス概要 > クイックインデックス — BJTおよびMOSFETの範疇を超えた、その他の重要なパワー半導体デバイス --- ## デバイス概要 --- ## IGBT (絶縁ゲートバイポーラトランジスタ) ### 本質 ``` MOSFETのゲート + BJTの出力 = 両者の利点を結合 G (ゲート, 電圧制御, MOSFETのように) │ ┌──┴──┐ │ IG │ │ BT │ └──┬──┘ │ C (コレクタ) │ E (エミッタ) 入力: 高インピーダンス電圧制御 (MOSFETのように) 出力: 低い飽和電圧降下 (BJTのように) ``` ### 特性 | パラメータ | 典型値 | 説明 | |------|--------|------| | Vce(sat) | 1.5〜2.5V | 導通電圧降下 (大電流時、MOSFETより優れる) | | スイッチング周波数 | < 50kHz | MOSFETより遅い (テールカレントがあるため) | | 耐圧 | 600V〜6.5kV | 高電圧分野の王者 | | 電流 | 10A〜1000A+ | 大電流 | ### 応用 - モータードライバー (インバーターエアコン、電気自動車) - 誘導加熱 (IHクッキングヒーター) - UPS、インバーター - 新幹線牽引、電力網 ### MOSFETとの選択基準 ``` 高周波・低電圧 (<200V) → MOSFET 低周波・高電圧 (>600V) → IGBT 中間帯域 → SiC MOSFETがIGBT市場を侵食中 ``` --- ## JFET (接合型電界効果トランジスタ) ``` MOSFETの前身。チャネルはPN接合によって制御される NチャネルJFET: Vgs ≤ 0 (デプション型、デフォルトでオン) Vgsがより負になるほど → チャネルが狭くなる → Idが小さくなる特徴: - 極めて低いノイズ (酸化膜界面トラップノイズがない) - 高入力インピーダンス - デプション型 (デフォルトでオン) 応用: ローノイズプリアンプ、オーディオ、RF MOSFETに置き換えられつつあるが、ローノイズ分野では依然として地位を維持 ``` --- ## サイリスタ (Thyristor / SCR) ``` 4層PNPN構造。一度トリガーされると導通状態がロックされる A (アノード) │ ┌──┴──┐ │ PNP │ │ NPN │ └──┬──┘ │ G (ゲート → トリガー用) │ K (カソード) トリガー: ゲートパルス → 導通してロックオフ: 電流が維持電流以下まで低下 (交流のゼロクロスで自然にオフ) ``` ### 特性 - ONのみ制御可能、OFFは制御不可 (半制御デバイス) - 導通電圧降下が低い (~1.5V) - 大電力 (MW級) - 周波数は商用周波数に限られる ### 応用 - フェーズコントロール調光器 (ディマー) - ソフトスタート装置 - 高電圧直流送電 (HVDC) - IGBTに徐々に置き換えられている --- ## Triac (トライアック) ``` 逆並列接続された2つのSCRを統合したもので、交流双方向導通応用: 交流調光、交流モーター速度制御、ソリッドステートリレー (SSR) 典型モデル: BT136, BTA16 ``` --- ## SiC (炭化ケイ素) と GaN (窒化ガリウム) ### 広帯隙半導体の利点 ``` Si SiC GaN Eg: 1.12eV 3.26eV 3.4eV 耐圧: 低高中周波数: 低中極高成熟度: 最も成熟比較的成熟発展中 ``` ### SiC MOSFET ``` 利点: - 耐圧 650V〜3.3kV - スイッチング損失が極めて低い - 高温動作 (>200°C) - Rds(on)の温度係数が小さい欠点: - 高価 (Si MOSFETの3〜5倍) - ゲート駆動の要件が厳しい (Vgs範囲が狭い) - 本体ダイオードのVfが高い (~3V) 応用: 電気自動車用牽引インバーター、OBC、太陽光インバーター ``` ### GaN HEMT ``` 利点: - 極めて高速なスイッチング (MHz級) - 本体ダイオードなし (逆回復なし) - 小型パッケージで高出力密度欠点: - 耐圧が低い (<650V) - ゲートが非常に脆弱 (耐圧 ±6V!) - ESDに敏感応用: スマホ急速充電器 (65W/120W GaN充電器)、LiDAR、5G基地局 ``` --- ## クイック選択ガイド | 要件 | 推奨デバイス | |------|----------| | 低電圧スイッチング (<30V) | MOSFET (Nチャネル) | | 高電圧低周波 (>600V, <1kHz) | IGBT | | 高電圧高周波 (>600V, >20kHz) | SiC MOSFET | | 超高周波中電圧 (<650V, >500kHz) | GaN HEMT | | 低コスト小電力スイッチング | BJT または MOSFET | | 交流調光/速度制御 | Triac | | 超大電力 (MW級) | GTO/IGCT/SCR | | ローノイズ増幅 | JFET または BJT | --- *キーワード: IGBT, JFET, SCR, サイリスタ, Triac, SiC, GaN, 広帯隙, パワーデバイス*