IGBT・MOSFETゲートドライバフォトカプラ

IGBTおよびMOSFETゲートドライバーフォトカプラーは、高出力のIGBTおよびMOSFETの入力信号を迅速に切り替え、高い電気的絶縁を実現する半導体デバイスです。絶縁は、高電圧の電位を遮断し、接地を分離し、低電圧制御回路へのノイズ電流の流入を防ぐため重要です。このような信号は回路動作を防げたり、感度の高い回路を損傷させたりする可能性があります。これらは、モーター制御(高速スイッチングによる速度制御)、インバータ、スイッチング電源などの用途で使用されています。これは安全規格への適合という観点でも重要な役割を果たします。

IGBTは「Insulated Gate Bipolar Transistor（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）」、MOSFETは「Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）」の略称です。これらは高速動作が可能なソリッドステートスイッチであり、デバイス自体をオンにするために必要な電流は、実際にスイッチングする電流と比較してごくわずかです。これらの装置は高電流(数百アンペア程度)を切り替えられるため、オン・オフに必要なスイッチング電流は依然として大きくなります。IGBTやMOSFETのゲート入力容量は、増幅器の負のフィードバックによるミラー効果（逆伝達容量）によって生じます。この効果により、スイッチの利得にほぼ比例して容量が増加します。ドライバー回路はこの負荷を駆動でき、電源IGBTまたはMOSFETのゲートの電圧レベルを素早く切り替えてデバイスのオン・オフをさせる必要があります。オンとオフの切り替え時間が長くなると、IGBTやMOSFET内で電力が消費され、効率が低下したり、場合によってはデバイスが損傷する可能性もあります。

この装置には低電圧入力があり、内部フォトダイオードのオンまたはオフが可能です。 これは通常、LEDの順方向電圧(約1〜1.4V)と約10mAの電流に電圧遷移が必要です。LEDからの光線は電気的に刺激的な障壁を越え、フォト検出器によって感知されます。この信号は、デバイス内のIGBTまたはMOSFETドライバーのオン・オフに使われます。ドライバーは、外部IGBTまたはMOSFETスイッチの効率を維持するために、どちらかのスイッチング遷移において非常に高速に応答できなければなりません。そのため、ゲート入力容量を迅速に充放電するために、大電流（場合によってはアンペア級）を供給または吸収できる性能が求められます。

また、ドライバー回路には、スイッチが過度に負荷をかけられているか、何らかの故障が発生しているかを検出する統合故障検出回路が搭載されている場合があります。これらの信号はデバイスによってフォトダイオード絶縁障壁を越えて低電圧側に送り返され、絶縁制御回路で検出することが可能です。