JA

AN2012-01
技術情報
バイポーラ半導体
Infineon Technologies Bipolar
GmbH & Co. KG
1
www.ifbip.com· www.ifbip-shop.com
製品と革新
コア テクノロジーで最高の信頼性と効率を達成するという目標は常に時間とともに変わ
ります。したがって弊社は、絶え間ない改善が必要不可欠であるということを理解してい
ます。このことに基づいて、弊社はそのテクノロジーと製品に関して、コンポーネント当
たり約 10kW から 30MW を超える電力クラスで、包括的な標準を設定しています。以下
に、その例を示します。
-
最大電流 1100 アンペアの Presspack テクノロジーの PowerBLOCK モジュール
シリコン直径最大 6 インチ、阻止電圧最大 9500 ボルトのダイオードとサイリスター
保護機能内蔵光トリガー サイリスター
IGBT や IGCT を使用する、最も厳しい要件の高速スイッチング用途向けのフリーホ
イーリング ダイオード
2
目次
1. はじめに .......................................................................................................................... 8
1.1 ダイオード .................................................................................................................................................... 8
1.2 サイリスター ................................................................................................................................................ 9
2.種類と極性の指定 ..........................................................................................................................................11
2.1 端子の指定 ..................................................................................................................................................11
2.2 構造.............................................................................................................................................................11
2.2.1 一般 .....................................................................................................................................................11
2.2.2 ディスクセル .......................................................................................................................................11
2.2.3 PowerBLOCK-Module .........................................................................................................................12
2.2.4 スタッドタイプ構造とフラット ケース構造.......................................................................................12
3.電気特性 ......................................................................................................................... 13
3.1 順方向 .........................................................................................................................................................13
3.1.1 順方向オフ状態電流 iD ........................................................................................................................14
3.1.2 順方向オフ状態電圧 vD .......................................................................................................................14
3.1.2.1 ピーク繰り返し順方向オフ状態電圧 VDRM ..................................................................................14
3.1.2.2 ピーク非繰り返し順方向オフ状態電圧 VDSM ...............................................................................14
3.1.2.3 順方向直流オフ状態電圧 VD (DC)...................................................................................................15
3.1.3 順方向ブレークオーバー電圧 V(BO) .....................................................................................................15
3.1.4 オープン ゲート順方向ブレークオーバー電圧 V(BO)0 .........................................................................15
3.1.5 保持電流 IH ..........................................................................................................................................15
3.1.6 ラッチング電流 IL ................................................................................................................................15
3.1.7 オン状態電流 iT、ITAV、ITRMS、iF、IFAV、IFRMS .....................................................................................15
3.1.8 オン状態電圧 vT、vF ............................................................................................................................16
3.1.9 オン状態特性 .......................................................................................................................................16
3.1.10 VT(TO)、VF(TO)および rT による等価直線近似 ......................................................................................16
3.1.11 最大平均オン状態電流 ITAVM、IFAVM...................................................................................................17
3.1.12 最大 RMS オン状態電流 ITRMSM、IFRMSM ............................................................................................17
3.1.13 過負荷オン状態電流 IT(OV)、IF(OV) ......................................................................................................17
3.1.14 最大過負荷オン状態電流 IT(OV)M、IF(OV)M ...........................................................................................17
3.1.15 サージ オン状態電流 ITSM、IFSM ........................................................................................................19
3.1.16 最大定格値∫i²dt ................................................................................................................................19
3.2 逆方向 .........................................................................................................................................................20
3.2.1 逆電流 iR ..............................................................................................................................................20
3.2.2 逆電圧 vR .............................................................................................................................................20
3.2.2.1 ピーク繰り返し逆電圧 VRRM ........................................................................................................20
3.2.2.2 ピーク非繰り返し逆電圧 VRSM .....................................................................................................20
3.2.2.3 直流逆電圧 VR(DC) .........................................................................................................................21
3.3 サイリスターの制御特性 ............................................................................................................................21
3.3.1 正ゲート制御 .......................................................................................................................................21
3.3.1.1 ゲート電流 iG ...............................................................................................................................21
3.3.1.2 ゲート電圧 VG ..............................................................................................................................21
3.3.1.3 ゲート トリガー電流 IGT ..............................................................................................................21
3.3.1.4 ゲート トリガー電圧 VGT .............................................................................................................21
3
3.3.1.5 ゲート非トリガー電流 IGD ...........................................................................................................22
3.3.1.6 ゲート非トリガー電圧 VGD ..........................................................................................................22
3.3.1.7 制御特性.......................................................................................................................................22
3.3.1.8 制御回路.......................................................................................................................................22
3.3.1.9 トリガーパルス tgmin の最小持続時間 ...........................................................................................25
3.3.1.10 最大許容ピーク トリガー電流 ...................................................................................................25
3.4 キャリア蓄積効果とスイッチング特性 ......................................................................................................26
3.4.1 ターンオン ..........................................................................................................................................26
3.4.1.1 ダイオード ...................................................................................................................................26
3.4.1.1.1 順方向回復電圧 VFRM のピーク値 .........................................................................................27
3.4.1.1.2 オン状態回復時間 tfr .............................................................................................................27
3.4.1.2 サイリスター ...............................................................................................................................27
3.4.1.2.1 ゲート コントロールされた遅延時間 tgd ..............................................................................28
3.4.1.2.2 オン状態電流臨界上昇率(di/dt)cr ...........................................................................................28
3.4.1.2.3 繰り返しターンオン電流 IT(RC)M............................................................................................29
3.4.1.2.4 オフ状態電圧臨界上昇率(dv/dt)cr.........................................................................................29
3.4.2 ターンオフ ..........................................................................................................................................29
3.4.2.1 回復電荷量 Qr ..............................................................................................................................29
3.4.2.2 ピーク逆回復電流 IRM...................................................................................................................31
3.4.2.3 逆回復時間 trr ...............................................................................................................................32
3.4.2.4 ターンオフ時間 tq ........................................................................................................................32
3.5 電力消費（損失） .......................................................................................................................................35
3.5.1 トータル損失 Ptot .................................................................................................................................35
3.5.2 オフ状態損失 PD、PR ..........................................................................................................................35
3.5.3 オン状態損失 PT、PF ..........................................................................................................................35
3.5.4 スイッチング損失 PTT、PFT+PRQ ........................................................................................................36
3.5.4.1 ターンオン損失 PTT、PFT.............................................................................................................36
3.5.4.2 ターンオフ損失 PRQ .....................................................................................................................37
3.5.5 ゲート損失 PG .....................................................................................................................................37
3.6 絶縁試験電圧 VISOL .....................................................................................................................................37
4.熱特性 ............................................................................................................................. 38
4.1 温度.............................................................................................................................................................38
4.1.1 ジャンクション温度 Tvj、Tvj max ..........................................................................................................38
4.1.2 ケース温度 TC......................................................................................................................................38
4.1.3 ヒートシンク温度 TH...........................................................................................................................39
4.1.4 冷媒温度 TA .........................................................................................................................................39
4.1.5 ジャンクション動作温度範囲 Tcop ......................................................................................................39
4.1.6 保存温度範囲 Tstg ................................................................................................................................39
4.2 熱抵抗 .........................................................................................................................................................39
4.2.1 内部熱抵抗 RthJC ..................................................................................................................................39
4.2.2 熱伝達抵抗 RthCH .................................................................................................................................39
4.2.3 ヒートシンク熱抵抗 RthCA ...................................................................................................................40
4.2.4 トータル熱抵抗 RthJA ...........................................................................................................................40
4.2.5 過渡内部熱抵抗 ZthJC ...........................................................................................................................40
4.2.6 過渡ヒートシンク熱抵抗 ZthCA ............................................................................................................40
4.2.7 トータル過渡熱抵抗 ZthJA ....................................................................................................................41
4.3 冷却.............................................................................................................................................................41
4.3.1 自冷 .....................................................................................................................................................41
4
4.3.2 強制空冷 ..............................................................................................................................................41
4.3.3 水冷 .....................................................................................................................................................41
4.3.4 油冷 .....................................................................................................................................................41
5.5.機械特性 ...................................................................................................................... 42
5.1 締め付けトルク ..........................................................................................................................................42
5.2 クランプ力 ..................................................................................................................................................42
5.3 沿面距離 .....................................................................................................................................................42
5.4 湿度分類 .....................................................................................................................................................42
5.5 振動.............................................................................................................................................................42
5.6 UL 登録 .......................................................................................................................................................42
6.実アプリケーションにおける注意点 .............................................................................. 43
6.1 ケース非破壊電流 .......................................................................................................................................43
6.2 熱負荷サイクル ..........................................................................................................................................43
6.3 並列接続 .....................................................................................................................................................44
6.4 直列接続 .....................................................................................................................................................46
6.5 パルス電源 ..................................................................................................................................................48
6.5.1 DC 用途 ...............................................................................................................................................48
6.5.2 ターンオン時の電流上昇時間 .............................................................................................................48
6.5.3 ターンオン中の電流と電圧のゼロ交差 ...............................................................................................49
6.5.4 高い di/dt の値によるターンオフと負電圧 ..........................................................................................49
7.保護 ................................................................................................................................ 51
7.1 過電圧保護 ..................................................................................................................................................51
7.1.1 個々のスナバー（RC スナバー） .......................................................................................................51
7.1.2 AC コントローラーの入力スナバー ....................................................................................................54
7.1.3 他励式コンバーターへのスナバーの提供 ...........................................................................................55
7.1.4 他の保護オプションとエネルギーを消費する過電圧 .........................................................................57
7.2 過電流保護 ..................................................................................................................................................58
7.2.1 超高速半導体ヒューズによる短期間の保護 ........................................................................................58
7.2.1.1 ヒューズの選択 ............................................................................................................................58
7.2.2 その他の保護の概念：ハイパワー半導体の短期間の保護 ..................................................................61
7.2.2.1 高速 DC 回路ブレーカー..............................................................................................................61
7.2.2.2 クローバー（電子的短絡） ..........................................................................................................61
7.2.2.3 配線側ブレーカー ........................................................................................................................61
7.2.2.4 トリガーパルスの阻止 .................................................................................................................61
7.2.3 長期間の保護 .......................................................................................................................................61
7.2.4 完全定格保護 .......................................................................................................................................61
7.3 負荷回路のインダクタによる動的電流制限 ...............................................................................................62
5
7.4 ゲート回路の干渉パルスの削減 .................................................................................................................63
8.取り付け ......................................................................................................................... 64
8.1 ディスク ケース .........................................................................................................................................64
8.1.1 ディスクセルの取り付け.....................................................................................................................64
8.1.2 ヒートシンクの位置決め.....................................................................................................................68
8.1.3 母線の接続 ..........................................................................................................................................68
8.1.4 制御リード線の接続 ............................................................................................................................69
8.2 スタッドケース ..........................................................................................................................................69
8.2.1 スタッドケースの取り付け .................................................................................................................69
8.2.2 ヒートシンクの位置決め.....................................................................................................................69
8.2.3 母線の接続 ..........................................................................................................................................70
8.2.4 制御リード線の接続 ............................................................................................................................70
8.3 フラットベース ケース...............................................................................................................................70
8.3.1 フラットベース デバイスの取り付け .................................................................................................70
8.3.2 ヒートシンクの位置決め.....................................................................................................................71
8.3.3 母線の接続 ..........................................................................................................................................71
8.3.4 制御リード線の接続 ............................................................................................................................71
8.4 POWERBLOCK-MODULE .......................................................................................... 71
8.4.1 PowerBLOCK-Module の取り付け ......................................................................................................71
8.4.2 ヒートシンクの位置決め.....................................................................................................................71
8.4.3 母線の接続 ..........................................................................................................................................72
8.4.4 制御リード線の接続 ............................................................................................................................72
9.保守 ................................................................................................................................ 72
10.保管 .............................................................................................................................. 72
11.型式 .............................................................................................................................. 73
12.回路のトポロジー ......................................................................................................... 75
A1.略語 .............................................................................................................................. 77
A2.図一覧 .......................................................................................................................... 79
A3. 表一覧 ......................................................................................................................... 81
A4. 使用条件...................................................................................................................... 82
6
序文
パワー半導体は、コンバーター テクノロジーの中心コンポーネントです。
これらのコンポーネントは常に進歩することにより、これまでにない新しい、より複雑な
応用分野へと、その活用範囲を拡げています。
この技術情報（TI）は、弊社に寄せられるご意見、ご質問を元にして参考図書として編纂
したものです。
本書は、バイポーラ パワー半導体（ダイオードとサイリスター）の基本的な技術用語が
網羅されているので、運用・設計時に役立ちます。また、バイポーラ コンポーネントを
使用するインバーター回路の開発および見積の際の参考図書として使用できます。
対象読者は、産業、研究、開発、および教育に携わる専門家です。
コンバーターおよびその回路と特色に関する一般情報については、関連文献を参照してく
ださい。
現時点で適切な標準を参照していますが、これらは常に最新版を参照する必要があります。
Infineon Technologies AG のパワー半導体の最新技術データは、www.Infineon.com からダ
ウンロードできます。
この技術情報は、バイポーラ パワー半導体のデータシート仕様の用語と使い方の理解を
深めるために提供されています。
使用されている定義および略語は、主に DIN/IEC/EN に準拠しています。
本書に記載されている回路、装置、およびプロセスにいかなる特許権もないという保証を
与えることはできないことに注意してください。
7
1. はじめに
この TI では、データシートで使用されている仕様を詳細に定義します。また、ユーザー
は、この TI を使用して、機器にデータシート仕様を正しく反映させることができます。
この後に記載されている情報は、一般には、すべての Infineon Technologies AG の圧接コ
ンポーネント（ディスクセルおよび PowerBLOCK-Module）で有効です。例外は、個別に
明示されます。
本書に記載されている情報は、現在有効な標準に基づいて有効です。
1.1 ダイオード
ダイオードは、半導体ゾーンを構成する 1 個の P と 1 個の N からなるコンポーネントで
す。
この半導体の基本機能は、PN ジャンクションで行われます（図 1を参照）。
図1：ダイオードの概略構造
ダイオードの特性を図 2に示します。阻止特性とオン状態特性の 2 つの部分があります。
図2 ダイオードの特性
8
最大数 kV の電圧が逆方向に印加されると、数 mA の逆電流がアノードとカソードの主端
子間に流れます。
電圧が順方向に印加されると、最大数 kA の電流がアノードとカソードの主端子間に流れ
ます。
1.2 サイリスター
サイリスターは、半導体ゾーンを構成する P と N が交互に合計 4 個並んでいるコンポー
ネントです。したがって、3 つの PN ジャンクションが形成されます（図 3を参照）。
図3：サイリスターの概略構造
従来の（逆阻止）サイリスターの特性を図 4に示します。この特性には、順方向の阻止特
性とオン状態特性および逆方向の阻止特性の 3 つの部分があります。
図4 サイリスターの特性
これらの特性からわかるように、サイリスターは、当初は順方向と逆方向で非導通になり
ます。一般に、阻止能力は、両方向でほぼ同じです。
9
最大数 kV の電圧が順方向または逆方向に印加されると、少量の阻止電流がアノードとカ
ソードの主端子間に流れます。制御端子（ゲート）とカソードの間の制御電流 IG は、順
電圧 vD が存在する場合にサイリスターをトリガー、すなわちターンオンしてオン状態特
性に遷移します。ただし、制御端子を使用してターンオフすることはできません。負荷回
路の変化による順電流が保持電流 IH を下回った場合のみ、サイリスターが再び阻止状態に
なります。
高速サイリスターには、以下の 2 つの基本バージョンがあります。
- 対称阻止サイリスター
（SCR → Silicon Controlled Rectifier）
阻止能力は両方向でほぼ同じです。
阻止能力、通電能力、ターンオフ時間、およびゲート・カソード間構造により、種類が細
分化されます。
-
非対称阻止サイリスター
（ASCR → Asymmetric Silicon Controlled Rectifier）
順方向では完全な阻止能力がありますが、逆方向ではわずかな阻止能力しかありません。
このサイリスターでは、逆阻止 PN ジャンクションは、シリコン高さを大幅に削減できる
停止層に置き換えられています。
対称阻止サイリスターに比べて、同じオン状態電圧の場合のターンオフ時間が短い、また
は同じターンオフ時間の場合のオン状態電圧が低いという利点があります。
10
2.種類と極性の指定
2.1 端子の指定
ダイオード：ディスクセルまたは
ND/DZ-PowerBLOCK-Module
サイリスター：ディスクセルまたは
TZ-PowerBLOCK-Module
ダイオード：DD-PowerBLOCKModule
サイリスター：TT-PowerBLOCKModule
図5 端子の指定
2.2 構造
2.2.1 一般
半導体素子（ペレット）はケースに内蔵され、外部環境の悪影響を受けないように保護さ
れています。
本書で説明する半導体はすべて、圧接テクノロジーで構築されています。
圧接テクノロジーは、以下の点で知られています。
- 負荷サイクル能力が非常に高い
- 過負荷能力が非常に優れている
2.2.2 ディスクセル
ディスクセルを取り付ける際、コンポーネントに対して外部から圧力をかける必要があり
ます。両面から冷却することにより、損失による発熱を考えうる最良の方法でディスクセ
ルから放散できます。
したがって、電源要件が最も厳しい用途で使用されます。
11
2.2.3 PowerBLOCK-Module
PowerBLOCK-Module は、それ自体が半導体素子に十分な圧力をかけるというケースの概
念です。さらに、規定されているベース プレートからの分離も実現します。これにより、
例えば共通のヒートシンク上に完全な整流器を構築できるので、モジュールの応用が大幅
に簡素化されます。片面冷却および分離電圧の制限により、大電力分野への応用の可能性
は限られています。
図6 圧接コンポーネントの構造概念
2.2.4 スタッドタイプ構造とフラット ケース構造
スタッド（ねじ込み）タイプ構造とフラット ケース構造の場合、半導体素子にはすでに
適切な圧力がかかっています。これらのケース タイプは現在は時代遅れであり、ほとん
どはより強力な PowerBLOCK-Module に置き換えられています。
12
3.電気特性
ダイオードおよびサイリスターの電気特性は温度に依存しており、したがって温度が指定
されている場合のみ有効です。
データシートに記載されているすべての値は、特に指定のない限り、主電源周波数が 40
～60Hz の場合に適用可能です。
最大値は、一般には、コンポーネントの機能の劣化または破壊を引き起こす可能性がある
ために短時間であっても超えてはならない絶対的な制限としてメーカーから指定される値
です。
特性値は、定義された条件におけるデータ分布の範囲であり、受入検査の土台として使用
できます。
3.1 順方向
ダイオードの場合、順方向は、わずか数ボルトの低電圧であっても伝導モードに達する主
端子間の方向です（図 1でアノードからカソードへの方向）。
サイリスターの場合、順方向は、サイリスターがオン状態とオフ状態の 2 つの安定モード
で動作可能な主端子間の方向です（図 3でアノードからカソードへの方向）。
接頭辞の「正」または「順（方向）」は、順方向の電流および電圧を逆方向の電流および
電圧と明示的に区別する場合に使用します。
サイリスターの順方向特性は、オフ状態とオン状態領域で構成されます（図 4を参照）。
順方向オフ状態特性は、サイリスターの順方向特性のうち、順方向オフ状態電流と順方向
オフ状態電圧の瞬時値を示している部分です。
13
図7 オフ状態電流 iD,R(VDRM,RRM)（ID,R(VDRM,RRM; Tvj
max)を基準とする）のジャンクション温度 Tvj（Tvj
max を基準とする）に対する特性例
図8 オフ状態電圧発生の定義
3.1.1 順方向オフ状態電流 iD
iD は、サイリスターのオフ状態条件で主端子間を順方向に流れる電流です。データシート
では、電圧 VDRM および最大ジャンクション温度 Tvj max に対して指定されています。
この電流は、ジャンクション温度 Tvj に依存します（図 7を参照）。
3.1.2 順方向オフ状態電圧 vD
vD は、サイリスターのオフ状態条件で主端子間に順方向にかかる電圧です。
3.1.2.1 ピーク繰り返し順方向オフ状態電圧 VDRM
VDRM は、すべてのピーク繰り返し電圧を含む、順方向オフ状態の繰り返し電圧の最大値で
す。
DC 用途では、VD (DC)まで下げる必要があります。3.1.2.3 節も参照してください。
動作中に発生する過渡電圧を考慮して、サイリスターは通常は、最大定格ピーク繰り返し
オフ状態電圧を 1.5～2.5 の安全係数で割った値に等しいピーク値を持つ供給電圧で動作
します。
過渡電圧がほとんど既知であるケースでは、小さい安全係数を使用します。これらは一般
には大量のエネルギーを貯蔵する自励式コンバーターです。主電源から供給される電源の
過渡レベルが不明なコンバーターの場合は、安全電圧に 2.0～2.5 の余裕を持たせること
が望まれます。
過渡電圧が動作中に発生する可能性が高く、最大許容ピーク繰り返しオフ状態電圧を超え
る場合、適切な過渡電圧保護回路を用意する必要があります（7.1 参照）。
3.1.2.2 ピーク非繰り返し順方向オフ状態電圧 VDSM
VDSM は、サイリスターの順方向の電圧が超えてはいけない最大定格ピーク非繰り返し値
です。
14
3.1.2.3 順方向直流オフ状態電圧 VD (DC)
VD (DC)は、オフ状態モードで順方向の永久許容直流電圧です。本書で説明する半導体の場
合、これは、ピーク繰り返しオフ状態電圧のほぼ半分の電圧での定格値です。これは、故
障確率が約 100fit（failure in time、1fit = 1*10-9 故障件数/時間、すなわちデバイスの動作
時間 109 時間当たり 1 件の故障）の場合に有効です。さまざまな DC 電圧の予想故障確率
は、請求に応じて提供可能です。
3.1.3 順方向ブレークオーバー電圧 V(BO)
V(BO)は、特定のゲート電流に対してサイリスターがオフ状態からオン状態に切り替わる順
方向のオフ状態電圧の値です。
例外：ブレークオーバー ダイオード（BOD）内蔵の光トリガー サイリスター（LTT）の
場合、V(BO)は、サイリスターの保護トリガーが発生する最小電圧です。
3.1.4 オープン ゲート順方向ブレークオーバー電圧 V(BO)0
V(BO)0 は、ゲート電流がゼロの場合のブレークオーバー電圧です。V(BO)0 を超えることに
よってサイリスターをトリガーすると、デバイスが破壊される可能性があります。
例外：光トリガー サイリスターは、内蔵ブレークオーバー ダイオード（BOD）により保
護されます。
3.1.5 保持電流 IH
IH は、サイリスターをオン状態に保持するために必要なオン状態電流の最小値です。ジャ
ンクション温度が上昇すると、IH は減少します（図 9を参照）。
光トリガー サイリスターの保持電流は、同等の電気トリガー サイリスターに比べてかな
り少ない値です。
3.1.6 ラッチング電流 IL
IL は、ゲート電流が減衰した後にサイリスターをオン状態に保持するために必要なオン状
態電流です。ゲート電流の変化率、ピーク、および持続時間、およびジャンクション温度
に依存します（図 9を参照）。
例外：光トリガー サイリスターのラッチング電流は、同等の電気トリガー サイリスター
に比べてかなり少ない値です。
3.1.7 オン状態電流 iT、ITAV、ITRMS、iF、IFAV、IFRMS
オン状態電流は、サイリスター（iT、ITAV、ITRMS の場合）またはダイオード（iF、IFAV、
IFRMS の場合）のオン状態中に主端子間に流れる電流です。以下のように区別されます。
iT、iF = 瞬時値
ITAV、IFAV = 平均値
ITRMS、IFRMS = RMS（二乗平均平方根）
15
図9 ジャンクション温度 Tvj=25℃に対して正規化されたラッチング電流 IL と保持電流 lH の特性例
3.1.8 オン状態電圧 vT、vF
vT と vF は、規定されているオン状態電流における主端子間の電圧です。ジャンクション
温度に依存します。データシートに記載されている値は、完全にターンオンされたサイリ
スター（vT の場合）またはダイオード（vF の場合）で有効です。
3.1.9 オン状態特性
オン状態特性は、規定されているジャンクション温度におけるダイオードまたは完全に
ターンオンされたサイリスターのオン状態電流とオン状態電圧の瞬時値の関係を示します。
3.1.10 VT(TO)、VF(TO)および rT による等価直線近似
等価直線は、サイリスター（VT(TO)、rT）またはダイオード（VF(TO)、rT）のオン状態特性
の近似であり、オン状態損失の計算に使用します。
以下が与えられています。
VT(TO)、VF(TO) = しきい値電圧
rT = 微分抵抗または微分抵抗
VT(TO)、VF(TO)の値は、等価直線近似と電圧軸の交点から得られます。rT の値は、等価直線
の増加率から計算します。冷却によっては、データシートに示されている等価直線を用途
に適合させる必要がある可能性があります。そのため、一部のデータシートでは、VT(TO)、
VF(TO)および rT の低レベル値が追記されている場合があります。
高阻止電圧のコンポーネント（T…1N、T…3N、D…1N）の場合、等価直線は、統計的分
布でおよそ 50%の値を表す標準オン状態特性に対する近似として追記されます。同等の
コンポーネントを多数使用する用途では、標準等価直線近似を使用して、装置全体の伝導
損失を計算できます。
16
図10 オン状態特性とそれに一致する等価直線近似の例
3.1.11 最大平均オン状態電流 ITAVM、IFAVM
ITAVM、IFAVM は、DIN VDE 0558 パート 1 に準拠する単相半波長抵抗性負荷回路で、規定
されているケース温度 TC および周波数 40～60Hz で評価された、オン状態電流の最大許
容連続平均値です。
低阻止電圧のサイリスターまたはダイオードのデータシートには、さまざまな電流導通角
における最大許容ケース温度 TC に対する最大平均オン状態電流を示す図が記載されてい
ます。
この図では、伝導損失のみが考慮されています。高阻止電圧（2200V 以上）のコンポーネ
ントの場合、ターンオフ損失、およびある程度のブロッキング損失とターンオン損失を考
慮する必要があります。
そのため、超高阻止電圧（4kV 以上）のコンポーネントの場合、この図はデータシートで
は省略されます。
3.1.12 最大 RMS オン状態電流 ITRMSM、IFRMSM
ITRMSM、IFRMSM は、デバイスのすべての組立部品の電気的ストレスと熱応力を考慮した最
大許容 RMS オン状態電流値です。フラットベースおよびスタッドタイプのケースおよび
モジュールの場合、サイリスター（ITRMSM）またはダイオード（IFRMSM）の最適な冷却条
件下であっても、この電流を超えてはなりません。
3.1.13 過負荷オン状態電流 IT(OV)、IF(OV)
IT(OV)、IF(OV)は、サイリスター（IT(OV)）またはダイオード（IF(OV)）が制御特性を失わずに
短時間導電可能な最大許容オン状態電流値です。この値は、過負荷オン状態電流の図で、
時間 t に対するさまざまな先行負荷の 50Hz 正弦半波のピーク値として与えられます。
増加するブロッキング損失またはターンオフ損失は、高阻止電圧デバイスで発生するので、
この図ではそれらを考慮していません。そのため、超高阻止電圧（4kV 以上）のコンポー
ネントの場合、この図はデータシートでは省略されます。
3.1.14 最大過負荷オン状態電流 IT(OV)M、IF(OV)M
IT(OV)M、IF(OV)M は、サイリスター（IT(OV)M）またはダイオード（IF(OV)M）の破壊を避けるた
めにデバイスがターンオフする必要があるオン状態電流値です。これらの値は、保護回路
を設計するためのものです。サイリスターを通過する電流がこの値に達すると、サイリス
ターの順方向の阻止能力が一時的に失われる可能性があり、制御特性が一時的に失われる
可能性があります。
17
最大過負荷オン状態電流特性では、時間 t に対する 50Hz 正弦半波のピーク値としてこの
値が示されます。「事前に負荷運転なし」と「事前に最大平均オン状態電流あり」の 2 つ
の条件を区別します。
個々のデータシートに記載されている最大過負荷オン状態電流特性は、ピーク繰り返し逆
電圧の 80%の逆阻止電圧に対して適用されます。
実際の逆電圧がそれより低い場合、図 11と図 12に示すように、事前に連続最大過負荷オ
ン状態電流 ITAVM がある場合の最大過負荷オン状態電流の許容値は高くなります。事前に
負荷がない場合のデバイスの条件はここからは決定できません。
増加するブロッキング損失またはターンオフ損失は、高阻止電圧デバイスで発生するので、
この図ではそれらを考慮していません。そのため、超高阻止電圧（4kV 以上）のコンポー
ネントの場合、この図はデータシートでは省略されます。これらのデバイスの保護の概念
については、7.2 章を参照してください。
図11 最大過負荷オン状態電流 IT(OV)M、IF(OV)M（10ms および Tvj max のサージ電流 ITSM または IFSM に対する相
対値）の 50Hz 半正弦波の数に対する特性例
パラメーター：逆阻止電圧 VRM
18
図12 最大過負荷オン状態電流 IT(OV)M、IF(OV)M（10ms および Tvj max のサージ電流 ITSM または IFSM に対する相
対値）の複数の 50Hz 半正弦波の時間 t に対する特性例パラメーター：逆阻止電圧 VRM
3.1.15 サージ オン状態電流 ITSM、IFSM
ITSM、IFSM は、単一半正弦波 50Hz 電流パルスの最大許容ピーク値です。この値は、25℃
（無負荷条件からの短絡と同等）で指定されるか、または最大許容ジャンクション温度
（最大許容電流による永久負荷後の短絡と同等）でのターンオン時に指定されます。サー
ジ オン状態電流で半導体に圧力を加えると、デバイスの阻止能力が失われます。した
がって、それ以降負電圧をかけてはいけません。ジャンクション温度が許容動作温度領域
内まで低下しているのであれば、故障条件下で非周期的な方法でこのストレスを繰り返し
与えることができます。
最大許容値を超えると、デバイスが破壊されるリスクがあります（詳細については、7.2
章の過電流保護を参照）。
3.1.16 最大定格値∫i²dt
∫i2dt は、サージ オン状態電流の二乗を時間で積分した値です。
最大定格∫i2dt 値は、短絡保護の決定に使用します（7.2 参照）。
周期が 10ms 未満の半正弦波の場合の最大定格∫i2dt 値を図 13に示します。電圧ストレス
と繰り返しに関しては、サージ オン状態電流の場合と同じ条件が適用されます。最大許
容値を超えると、デバイスが破壊されるリスクがあります。また、特に大直径のサイリス
ターの場合、許容臨界ターンオン電流変化率(di/dt)cr を超えられないということが守られ
る必要があります。
19
2
2
図13 値 òi dt（10ms）で正規化されている òi dt の半正弦波持続時間 tP に対する特性例
3.2 逆方向
逆方向は、サイリスターおよびダイオードが安定した高抵抗動作状態になる主端子間の方
向（カソードからアノードへの方向）です。
逆方向の値（電圧と電流）とデータを順方向のそれらと区別する場合、「逆」または
「負」という用語を使用します。
サイリスターまたはダイオードの逆阻止特性は、逆電流および逆電圧の瞬時値を表します。
3.2.1 逆電流 iR
iR は、サイリスターまたはダイオードの主端子を通過して逆方向に流れる電流です。逆電
流は、逆電圧とジャンクション温度 Tvj に依存します（図 7）。
3.2.2 逆電圧 vR
VR は、サイリスターまたはダイオードの主端子間に逆方向にかかる電圧です。
3.2.2.1 ピーク繰り返し逆電圧 VRRM
VRRM は、すべてのピーク繰り返し電圧を含む、逆方向の繰り返し電圧の最大許容瞬時値
です。
DC 用途では、VR (DC)まで下げる必要があります。
3.2.2.3 節も参照してください。
供給電圧については、3.1.2.1 節を参照してください。
3.2.2.2 ピーク非繰り返し逆電圧 VRSM
VRSM は、一瞬でも超えてはならない逆方向の過渡電圧の最大許容ピーク非繰り返し値で
す。以下の値が得られます。
阻止電圧が 800V 未満の場合：
VRSM = VRRM + 50V （Tvj = 25℃ ...Tvj max）
20
阻止電圧が 800V 以上の場合：
VRSM = VRRM + 100V （Tvj = 25℃ ...Tvj max）
3.2.2.3 直流逆電圧 VR(DC)
VR (DC)は、逆方向の永久許容直流電圧であり、順方向直流オフ状態電圧（3.1.2.3）に似て
います。
3.3 サイリスターの制御特性
3.3.1 正ゲート制御
3.3.1.1 ゲート電流 iG
iG は、制御経路（端子 G-HK 間）を流れる電流です。
サイリスターは、順方向オフ状態フェーズ中のみパルスがトリガーされます。
逆方向オフ状態フェーズ中の正トリガーパルスは、トランジスター効果をもたらし、それ
によるオフ状態損失が大幅に増加します。これらの損失は、機能に悪影響を及ぼし、破壊
につながる可能性があります。
例外：光トリガー サイリスターの場合、逆方向オフ状態フェーズ中の制御パルスは許容
されます。
3.3.1.2 ゲート電圧 VG
VG は、ゲート端子（G）とカソード（K）または補助カソード（HK）の間の正電圧です。
3.3.1.3 ゲート トリガー電流 IGT
IGT は、サイリスターをトリガーするゲート電流の最小値です。主端子間の電圧および
ジャンクション温度に依存します。指定されている値のゲート トリガー電流により、指
定されているタイプのすべてのサイリスターがトリガーされます。ゲート トリガー電流
は、ジャンクション温度の低下に伴って増加するので、25℃で指定されています。
トリガーパルス生成器は、データシートに記載されている IGTmax 値より十分大きい値を使
用する必要があります（3.3.1.8 も参照）。
例外：光トリガー サイリスターの場合、指定されているタイプのすべてのサイリスター
をトリガーする最小光パワーPL が指定されています。
3.3.1.4 ゲート トリガー電圧 VGT
VGT は、ゲート トリガー電流 IGT が流れているときにゲート端子とカソードの間に発生す
る電圧です。主端子間の電圧およびジャンクション温度に依存します。指定されている値
のゲート トリガー電圧により、指定されているタイプのすべてのサイリスターがトリ
ガーされます。ゲート トリガー電圧は、ジャンクション温度の上昇に伴って降下するの
で、25℃で指定されています。VGT は、指定されている負荷電流が流れているときに測定
されています。
21
3.3.1.5 ゲート非トリガー電流 IGD
IGD は、サイリスターをトリガーしないゲート電流の値です。主端子間の電圧およびジャ
ンクション温度に依存します。指定されている最大値で、指定されているタイプのサイリ
スターは一切トリガーされません。
ゲート非トリガー電流は、ジャンクション温度の上昇に伴って減少するので、Tvj max で指
定されています。
3.3.1.6 ゲート非トリガー電圧 VGD
VGD は、サイリスターをトリガーしないゲート電圧の値です。
主端子間の電圧およびジャンクション温度に依存します。指定されている最大値で、指定
されているタイプのサイリスターは一切トリガーされません。ゲート非トリガー電圧は、
ジャンクション温度の上昇に伴って減少するので、Tvj max で指定されています。
図14 制御特性 vG = f (iG)および VD = 12 V のトリガー領域
3.3.1.7 制御特性
特定のサイリスター タイプの入力特性の統計的分布の制限を示します。入力特性の分布
内における温度依存性トリガー領域および最大許容ゲート損失 PGM（a – 20W/10ms、
b – 40W/1ms、c – 60W/0.5ms）の曲線について詳述されています。
3.3.1.8 制御回路
一般用途では、制御回路の設計は、オン状態電流の臨界上昇時間、ゲート コントロール
された遅延時間、およびラッチング電流に関して詳述されている制御データに従って行う
必要があります（図 15を参照）。3.3.1.3 および 3.3.1.4 で指定されている最小制御デー
タは、臨界電流上昇時間とゲート コントロールされた遅延時間に関する要件が緩い用途
でのみ有効です。実際には、データシートで指定されている IGT の 4～5 倍をオーバード
ライブすることで、電流上昇時間とゲート コントロールされた遅延時間に関する要件が
厳しい場合であっても安全な動作を保証しています。
このコンテキストでは、以下の用語を使用します。
diG/dt = ゲート電流スルーレート
iGM = ピーク ゲート電流
22
tG = トリガーパルス幅
VL = 制御回路の開路電圧
オン状態電流 diT/dt のスルーレートおよびスナバーからの繰り返しターンオン電流 IT(RC)M
を増加させると、負荷回路からゲート電流 iG に著しい影響があります（3.4.1.2 と図 21参
照）。
図15 サイリスターのトリガー回路の概念
当初は、半導体素子上のゲート領域周囲の狭い領域のみがサイリスターのターンオン中に
伝導性を持ち、大電流密度と電圧上昇を引き起こします。内部カップリングにより、この
電圧は制御端子にも現れ、その結果ゲート トリガー電流が中間で減少します。サイリス
ターの破壊を避けるために、iG がゲート トリガー電流 IGT の値を下回らないようにする必
要があります。ゲート パルスが下がりすぎないようにするには、トリガー回路の開路電
圧 VC を上昇させるという方法で補償する必要があります。複数のサイリスターを並列ま
たは直列に接続する場合、均一なターンオンを実現するには、高さがあり、急上昇する同
期トリガーパルスが必要です。ゲート コントロールされた遅延時間の値の分布
（3.4.1.2.1）も参照してください。
例外：光トリガー サイリスターを制御するには、900～1000nm の領域の発光レーザーダ
イオードが必要です。指定されているターンオン電圧とともにサイリスターの安全なトリ
ガーを保証する光パワーPL の最小値が指定されています。光パワーは、光ファイバー
ケーブルの出力で指定されます。この場合の均一なターンオンに関しても、特に di/dt の
要件が厳しい並列接続または直列接続の場合は、オーバードライビングが推奨されます。
弊社は、適切な取付金具で位置合わせしたレーザーダイオード SPL PL90 を適用すること
を推奨し（図 16を参照）、これらを適切な光ファイバー ケーブルと組み合わせて提供し
ます。
23
図16 光ファイバー ケーブル付き LTT
レーザーダイオード SPL PL90 が準拠するレーザー クラスを以下に示し
ます。
レーザーダイオードが光ファイバー ケーブルで正しく終端処理されてい
る場合、制御システムはレーザー クラス 1 に準拠します。操作上の危険
はありません。
レーザーダイオードをむき出しで動作させる場合または光ファイバー
ケーブルが破損した場合、このシステムは IEC 60825-1 に従ってレー
ザー クラス 3b と見なされます。この場合、見えない放射による操作上
の危険が存在します。直接的または間接的な目または肌への照射は避け
る必要があります。
図17 レーザーダイオード SPL PL 90 の光パワーの制御電流に対する特性例
光トリガー サイリスターを制御する場合、図 18に示すように、レーザーダイオード SPL
PL90 に電流パルスを流すことを推奨します。レーザーダイオード SPL PL90 は長期制御
には適さないので、図 18に示すパルスを使用しながら、約 6kHz の周波数でレーザーダイ
オードを制御することを推奨します。
24
図18 レーザーダイオード SPL PL90 に流す推奨電流パルス
3.3.1.9 トリガーパルス tgmin の最小持続時間
トリガーパルスは、少なくともサイリスターのラッチング電流（3.1.6）を超える高さで
流す必要があります。ラッチング電流を超えない場合、サイリスターはオフ状態に戻りま
す。サイリスターのゲート トリガー電流は、トリガーパルスが終了するまで、少なくと
もその定格値を維持する必要があります。
電流上昇時間が非常に短い用途または低負荷電流の用途では、通常は複数のパルスによる
トリガー プロファイル（例：繰り返し周波数 6kHz）を使用します。
光トリガー サイリスターの場合、複数パルス使用の際はレーザーダイオードが許容不能
なレベルまで加熱されないようにする必要があります。電流で制御されているレーザーダ
イオードの光パワーは、温度が上昇すると、低下します。
3.3.1.10 最大許容ピーク トリガー電流
電流上昇率が高い用途では、3.3.1.8 の説明よりもさらに強く iGT をオーバードライブさせ
ることができます。それには、ゲート電流を IGT の 8～10 倍の値に増やして時間 tGM（≈
10～20μs）を経過させ、その後、値を減らして十分な時間 tG を経過させる必要がありま
す。無反応高ゲート電流を保証するには、トリガー回路の開路電圧として少なくとも 30V
を印加する必要があります。
25
図19 ゲート トリガー電流の安全なオーバードライブ
3.4 キャリア蓄積効果とスイッチング特性
パワー半導体で動作状態が変化しても、キャリア蓄積効果により、電流と電圧の停留値は
すぐには変化しません。
また、サイリスターがトリガーされると、ゲート構造周囲の狭い領域のみが伝導性を持ち
ます。これによって生じるスイッチング損失は、半導体から熱として放散する必要があり
ます。
3.4.1 ターンオン
3.4.1.1 ダイオード
非伝導状態または阻止状態から伝導状態になる場合、キャリア蓄積効果により、ダイオー
ドで電圧ピークが発生します（図 20を参照）。
図20 ダイオードのターンオン プロセスの概略図
26
3.4.1.1.1 順方向回復電圧 VFRM のピーク値
VFRM は、順方向回復時に発生する最高電圧値です（図 20を参照）。ジャンクション温度
および電流スルーレートの上昇に伴って、上昇します。
適度な電流スルーレートによる主電源動作時（50/60Hz）は、VFRM を無視できます。しか
し、di/dt>>1000A/us（IGBT、GTO、および IGCT）の高速切替を行う自励式コンバー
ターでは、その値が最大数百ボルトに達する可能性があります。順方向回復電圧は、存在
するのは数マイクロ秒のみであり、したがってダイオードのトータル損失への寄与分は大
きくありませんが、コンバーターを設計する際はスイッチング半導体に及ぼす影響を考慮
する必要があります。
これらの用途に最適化されたダイオードの図では、電流スルーレートの関数として順方向
回復電圧を詳述するデータが記載されています。
3.4.1.1.2 オン状態回復時間 tfr
DIN IEC 60747-2 によれば、tfr は、ゼロから規定されているオン状態に突然切り替えられ
てから、ダイオードが完全に伝導状態になり、オン状態静電圧 vF が現れるために必要な
時間です（図 20を参照）。
3.4.1.2 サイリスター
ターンオン プロセスは、スルーレート diG/dt、大きさ iGM のゲート電流により順方向オフ
状態電圧 vD で開始します。光トリガー サイリスターの場合、これは、レーザーダイオー
ドに対して同じく指定されたトリガーパルスに相当します。
ゲート コントロールされた遅延時間 tgd の間に、サイリスター両端の阻止電圧は 90%まで
下降します（図 21を参照）。
当初は、ゲート構造周囲の狭い領域のみが伝導性を持つので、初期電流密度と、それによ
りオン状態電流臨界上昇率(di/dt)cr が、ターンオン中のサイリスターの堅牢性の尺度にな
ります。
図21 サイリスターのターンオン プロセスの概略図
a - ターンオフされた負荷回路によるゲート電流
b - 急上昇するオン状態電流によるゲート電流（3.3.1.8 も参照）
27
図22 ゲート コントロールされた遅延時間 tgd と最大ゲート電流 iGM の特性例
a）最大値
b）標準値
3.4.1.2.1 ゲート コントロールされた遅延時間 tgd
tgd は、ゲート電流がその最大値 IGM の 10%に達してからアノード・カソード間電圧が印加
された順方向オフ状態電圧 vD の 90%を下回るまでの時間です（図 21を参照）。
ゲート電流（LTT の光パワー）の増加に伴って大幅に短縮されます（図 22を参照）。
ハイパワー サイリスターの場合、tgd は vD にも依存します。
データシートに記載されている値は、DIN IEC 60747 – 6 に従って定義され、Tvj = 25℃
および指定されているトリガーパルスの場合に有効です。
3.4.1.2.2 オン状態電流臨界上昇率(di/dt)cr
サイリスターのトリガーにより電圧が急激に低下すると、ゲート構造周囲のカソードの狭
い領域にオン状態電流が伝導し始めます。その後、この導電領域は、電流密度に応じて、
通常は 0.1mm/μs の速度で広がります。したがって、当初は、このシステムの通電能力
は制限されています。ただし、データシートに記載されている臨界電流スルーレート値を
超えなければ、サイリスターが破損したり破壊されたりすることはありえません。S サイ
リスターおよび大きい正方形の断面を持つサイリスターの場合、ゲートは分散されていま
す（フィンガー構造）。したがって、これらのタイプは(di/dt)cr が大きくなります。
DIN IEC 60747 – 6 によれば、臨界電流上昇時間(di/dt)cr は、減衰した半正弦波の周期に
わたるオン状態電流の負荷を指します。以下の条件の適用下で、上昇オン状態電流の
10%と 50%のポイントを通過する直線の角度として定義されています（図 21と図 47を参
照）。
ジャンクション温度 Tvj = Tvj max
順方向オフ状態電圧 vD = 0.67 VDRM
ピーク電流値 iTM = 2 ITAVM
繰り返し周波数 f0 = 50 Hz
トリガーパルスは、個々のデータシートで定義されています（3.3.1.8 も参照）。
例外：光トリガー サイリスターは、順方向オフ状態電圧 vD = VDRM で試験されています。
28
3.4.1.2.3 繰り返しターンオン電流 IT(RC)M
IT(RC)M は、未定義の上昇率によるターンオンの直後のオン状態電流の最大許容ピーク値で
す。一般に、このターンオン電流は、RC スナバー回路の放電によって引き起こされます。
最大許容繰り返しターンオン電流は、以下の急激な電流上昇（最大でオン状態電流臨界上
昇率(di/dt)cr まで）にも適用されます。
Infineon Technologies AG 製コンポーネントの場合、以下の値が適用されます。
IT(RC)M = 100A
例外：型式が T…1N または T…3N のコンポーネントの場合
IT(RC)M = 150A
60Hz を超える用途の場合、両方の臨界電流上昇時間(di/dt)cr および繰り返しターンオン電
流 IT(RC)M を減らす必要があります。特定の条件の詳細については、請求に応じて提供可能
です。
3.4.1.2.4 オフ状態電圧臨界上昇率(dv/dt)cr
(dv/dt)cr は、サイリスターがオン状態に切り替わらない VDRM の 0%から 67%までの範囲で
ほぼ直線的に上昇する順方向電圧の上昇率の最大値です。
指数的な電圧上昇率の場合、これは最大値の 0%から 63%までの指数関数と交差する線に
なります。
開トリガー回路と最大許容ジャンクション温度の場合に適用されます。(dv/dt)cr を超える
と、破壊の可能性があります。
例外：過電圧保護（BOD）以外に、光トリガー サイリスターには内蔵 dv/dt 保護機能があ
ります。これにより、dv/dt が上昇しても、サイリスターはゲート構造全体で安全にトリ
ガーされます。
3.4.2 ターンオフ
ターンオフは、通常は逆電圧の適用によって開始されます。サイリスターまたはダイオー
ドの負荷電流は、ゼロ交差時には停止せずに、キャリアがジャンクション領域からなくな
るまで一時的に逆回復電流として逆方向に流れ続けます。
ソフトネス・ファクターFRRS は、ターンオフ プロセス中の電流の上昇率の関係を表しま
す。
3.4.2.1 回復電荷量 Qr
Qr は、オン状態から逆オフ状態に切り替わった後に半導体から流出したトータル電荷量で
す。
この値は、ジャンクション温度の上昇およびオン状態電流の大きさと下降時間の増加に
伴って、増加します。特に指定のない限り、指定されている値は vR = 0.5VRRM および vRM
= 0.8VRRM の場合に有効であり、サイリスターまたはダイオードの個別の種類の 95%はそ
の値を超えません。このために、適切に設計された RC スナバー回路が指定されています。
型式が T…1N、T…3N、および D…1N のコンポーネントの場合、データシートで指定さ
れている値は、稼動時に 100%試験済みの最大値です。
回復電荷量 Qr は主に、ジャンクション温度 Tvj および減衰電流の減少率に依存します（図
24と図 25を参照）。
29
図23 サイリスターとダイオードのターンオフ プロセスの概略図
図24 Qr(Tvj max)に対して正規化された回復電荷量 Qr の Tvj 特性例
図25 Qr(di/dt=10A/μs)に対して正規化された回復電荷量 Qr の di/dt に対する特性例
30
3.4.2.2 ピーク逆回復電流 IRM
IRM は、逆回復電流の最大値です。Qr に対して指定されている依存性と動作条件がこの値
にも適用されます。図に IRM が示されていない場合、その値は以下の式で近似的に計算で
きます。
型式が T…1N、T…3N、および D…1N のコンポーネントの場合、データシートで指定さ
れている値は、稼動時に 100%試験済みの最大値です。
ピーク逆回復電流 IRM は主に、ジャンクション温度 Tvj および減衰電流の減少率に依存し
ます（図 26と図 27を参照）。
図26 IRM(Tvj max)に対して正規化されたピーク逆回復電流 IRM の Tvj 特性例
図27 IRM(di/dt=10/μs)に対して正規化されたピーク逆回復電流 IRM の di/dt 特性例
31
3.4.2.3 逆回復時間 trr
trr は、電流のゼロ交差点および減衰逆回復電流の 90%と 25%のポイントを通過する直線
がゼロ線と交差する時間の間の時間間隔です（図 23を参照）。trr が指定されていない場
合、その値は以下の式で近似的に計算できます。
3.4.2.4 ターンオフ時間 tq
tq は、逆方向に転流された電流のゼロ交差点および制御パルスがなければサイリスターが
ターンオンしない順方向オフ状態電圧の再印加時点の間の時間間隔です。
順方向オフ状態電圧が再印加される前にこの装置に発生する実際の一時停止時間は、ホー
ルドオフ時間と呼ばれます。この時間は常にターンオフ時間より長い時間である必要があ
ります。
ターンオフ時間は主に、オン状態電流の下降時間、順方向オフ状態電圧上昇率、および
ジャンクション温度に依存します（図 29～図 31を参照）。
tq を決定するには、転流時のサイリスターが完全にオン状態になっているように、順電流
の持続時間 tP を十分長くする必要があります（図 28を参照）。
データシートで指定されている値は、以下の条件で有効です。
ジャンクション温度
オン状態電流の大きさ
オン状態電流の下降率
逆電圧
順方向オフ状態電圧の上昇率
順方向オフ状態電圧
Tvj = Tvj max
iTM ≥ ITAVM
-diT/dt = 10 A/μs
VRM = 100V
dvD/dt = 20V/μs
VDM = 0.67VDRM
例外：高速サイリスターは、電流下降率– di/dt=20A/μs でオフ状態に切り替わります。
この場合、dvD/dt は可変であり、型式の 5 文字目で指定されます（2.3 節を参照）。
位相制御サイリスターの場合、主に他励式コンバーターで使用されるので、通常はターン
オフ時間の標準値が指定されます。これらの用途では、ホールドオフ時間は通常はサイリ
スターのターンオフ時間よりもずっと長い時間です。
ホールドオフ時間がターンオフ時間より短い場合、サイリスターはトリガーパルスを印加
しなくても順方向オフ状態電圧の上昇により再度ターンオンし、破壊される可能性があり
ます（必要であれば請求に応じて tq 制限値を提供可能）。
サイリスターが逆ダイオード（フリーホイーリング ダイオードなど）と併用されている
場合、転流電圧が低いので、ターンオフ時間をずっと長くする（通常は 30%増しにす
る）ことを検討する必要があります。また、そのような用途では、フリーホイーリング回
路のインダクタンスを最小化する必要があります。なぜなら、そうしなければ、ターンオ
フ時間の値が非常に大きくなる可能性があるからです。
32
図28 サイリスターのターンオフ挙動の概略図
図29 Tvj max に対して正規化されたターンオフ時間 tq のジャンクション温度 Tvj に対する特性例
33
図30 -diT/dtnorm に対して正規化されたターンオフ時間 tq のオフ転流下降率-diT/dt に対する特性例
図31 dvD/dt = 20V/μs に対して正規化されたターンオフ時間 tq のオフ状態電圧上昇率 dvD/dt に対する特性例
34
3.5 電力消費（損失）
サイリスターおよびダイオードの場合、電力消費（または損失）は、オフ状態損失、オン
状態損失、ターンオン損失、およびターンオフ損失として分類されます。
サイリスターには制御損失もあります。指定されている冷却条件下でのこれらの合計によ
り、電流負荷能力が決まります。
適度な動作要件による最大 60Hz の主電源動作の場合、寸法記入はオン状態損失のみに基
づいて実効できます。これは、オン状態損失に比べると、他の損失の合計を無視できるか
らです。
高阻止電圧（2200V 以上）の半導体またはペレットの直径が 80mm 以上の大きな正方形
の断面を持つ半導体の場合は、主電源動作時であっても、ターンオフ損失を計算に入れる
必要があります。
3.5.1 トータル損失 Ptot
Ptot は、個々の損失の合計の平均値です。
3.5.2 オフ状態損失 PD、PR
PD、PR はそれぞれ、順方向（PD）および逆方向（PR）のオフ状態電流およびオフ状態電
圧によって生じる損失です。
3.5.3 オン状態損失 PT、PF
PT、PF は、順方向の伝導状態のみを考慮した場合に熱に変換される電力です。オン状態
損失 PTAV または PFAV の平均値は、以下の式に従って、等価直線の値から計算します。
（サイリスターの場合）
（ダイオードの場合）
フォーム ファクターF については表 1を参照
データシートの図では、さまざまな形状の電流に対するオン状態損失とオン状態電流の平
均値の関係が示されます。
vT0、vF0、および rT を使用してオン状態損失を計算する代わりに、以下の関係に基づくよ
り高精度な近似を使用してオン状態電圧を計算する方法があります。
係数 A、B、C、および D は、データシートに記載されています。
例外：PowerBLOCK-Module の場合、係数 A、B、C、および D は記載されていません。
35
電流波形
Current waveform
ピーク ファクター
peak factor
平均ファクター
average factor
フォーム ファクター フォーム ファクター
form factor
form factor²
sinus 180° el
sinus 120° el
sinus 90° el
sinus 60° el
sinus 30° el
DC
2
π=3.14
π/2=1.57
2.47
2.23
4.18
1.875
3.52
2.83
6.29
2.22
4.93
3.88
10.9
2.77
7.66
5.88
23.42
3.98
15.8
1
1
1
1
rect 180° el
2 =1.41
2
2 =1.41
2
rect 120° el
3 =1.73
3
3 =1.73
3
rect 90° el
4 =2
4
4 =2
4
rect 60° el
6 =2.45
6
6 =2.45
6
rect 30° el
12 =3.46
12
12 =3.46
12
2
表1 位相角制御条件のフォーム ファクター
3.5.4 スイッチング損失 PTT、PFT+PRQ
PTT、PFT+PRQ は、ターンオン時（サイリスターの場合は PTT、ダイオードの場合は PFT）
およびターンオフ時（PRQ）に熱に変換される電力の一部です。平均スイッチング損失は、
ターンオン時およびターンオフ時のオン状態電流の上昇率と下降率の増加に伴って増加し
ます。また、繰り返し周波数に伴って増加します。阻止電圧が最大 2200V で中型までの
サイズのサイリスターとダイオードを主電源周波数が最大 60Hz の用途で使用する場合、
スイッチング損失はオン状態損失に比べてほとんど無視できます。
高阻止電圧（2200V 以上）の半導体またはペレットの直径が 80mm 以上の大きな正方形
の断面を持つ半導体の場合は、主電源動作時であっても、ターンオフ損失を計算に入れる
必要があります（必要であれば請求に応じて提供可能）。
ただし、ダイオードのターンオフ損失は一般には、同じように無視できます。
3.5.4.1 ターンオン損失 PTT、PFT
PTT、PFT は、ターンオン中のオン状態損失 PT（サイリスターの場合）または PF（ダイ
オードの場合）を超える部分の損失です。その原因は、一方ではキャリア蓄積効果、他方
では通電領域の遅延伝播です。
最大限に可能な正方形の断面でターンオンできるようにするために、多くのサイリスター
はトリガー増幅回路を備えています。これは、1 つまたは複数の増幅ゲート（=補助サイ
リスター）で構成されます。大きい正方形の断面を持つサイリスターの場合、増幅ゲート
は分岐状になっています（フィンガー構造）。これにより、トリガー時に伝導性を持つ領
域が拡大するので、ターンオン損失が減少します。
36
損失を計算する際に重要なターンオン損失とオン状態損失の合計 PTT、PFT + PT、PF は、
ターンオン中とターンオン後のオン状態電流とオン状態電圧の経過から導くことができま
す。
（サイリスターの場合）
（ダイオードの場合）
実際には、ターンオン損失は一般には、無視できます。
3.5.4.2 ターンオフ損失 PRQ
ターンオフ損失は、キャリア蓄積効果により発生します。逆方向遅延電流の経過および逆
方向オフ状態電圧の大きさと上昇率に依存し、したがってスナバーの影響を受ける可能性
があります（図 23を参照）。
時間 tint を積分によって求めるために、ターンオフ損失は以下のように計算します。
ターンオフ損失の近似は以下の式で計算します。
PRQ = ERQ * f ≈ Qr * vR * 0.4 * f オン状態制限特性の場合
PRQ = ERQ * f ≈ Qr * vR * 0.5 * f 標準オン状態特性の場合
ERQ = ターンオフ損失エネルギー
f = 周波数
Qr = 最大回復電荷量
vR = （逆電圧）転流後駆動電圧
3.5.5 ゲート損失 PG
PG は、ゲート端子とカソードの間を流れるゲート電流により熱に変換される電力です。
これは、ピーク ゲート損失 PGM（ゲート電流とゲート電圧の各ピーク値の積）と平均
ゲート損失 PGAV（サイクル持続時間に対するゲート損失の平均値）に区別されます。
3.6 絶縁試験電圧 VISOL
絶縁試験電圧 VISOL は、サイリスター モジュールまたはダイオード モジュールの端子と
ベース プレートの間の正弦波電圧の RMS 値です。DC 要件の場合、VISOL DC は指定されて
いる RMS 値のピーク値と同じです（すなわち 1.41*VISOL）。試験中は、すべての端子が
相互に接続され、VISOL がベース プレートに対して印加されます。
37
4.熱特性
熱平衡を維持するために、半導体で熱に変換される電力損失を放散する必要があります。
そのために、規定されている冷却特性を持つヒートシンクが用意されています。この機能
を説明するために、図 32に従って電気回路を模した熱等価回路を使用します。
図32 ダイオードとサイリスターの熱等価回路
Rth JC= 安定状態のジャンクション・ケース間熱抵抗
Rth CH= 安定状態のケース・ヒートシンク間伝達熱抵抗
Rth HA= 安定状態のヒートシンク熱抵抗
a - 片面冷却
b - 両面冷却
4.1 温度
4.1.1 ジャンクション温度 Tvj、Tvj max
ジャンクション温度は、すべての基本的な電気特性にとって最も重要な基準です。半導体
システム内の平均空間温度を表すので、もっと正確には等価ジャンクション温度または仮
想ジャンクション温度として知られています。
デバイスの機能と信頼性にとって、最大許容ジャンクション温度 Tvj max を守ることが重要
です。この最大値を超えると、半導体の特性が不可逆的に変化したり、半導体を破壊した
りする可能性があります。
4.1.2 ケース温度 TC
TC は、ディスクセルのサイリスターまたはダイオードのケースの接触領域または
PowerBLOCK-module のベース プレートの接触領域における最大温度です。
38
4.1.3 ヒートシンク温度 TH
TH は、半導体からヒートシンクの接触領域およびその周囲の冷媒を通じて得られるヒー
トシンクの温度です。
Infineon Technologies AG が提供するヒートシンクは、コンポーネントを取り付けた状態
で試験され、指定されています。したがって、指定されているヒートシンクのデータには、
デバイスとヒートシンクの間の熱伝達抵抗 RthCH が含まれています。そのため、この値は
計算では無視できます。
4.1.4 冷媒温度 TA
TA は、ヒートシンクに入る前の冷媒の温度です。空気冷却の場合、ヒートシンクの入口
側で定義されます。流体冷却の場合、ヒートシンクの入口で定義されます。
4.1.5 ジャンクション動作温度範囲 Tcop
Tcop は、パワー半導体が動作可能なケース温度範囲です。
4.1.6 保存温度範囲 Tstg
Tstg は、パワー半導体を通電しない状態で保存可能な温度範囲です。
エポキシ製ディスクセルおよび PowerBLOCK-module の最大許容保存温度は、時間に制
限のない最大許容ジャンクション温度とは関係なく、DIN IEC 60747-1 に従って制限時間
672 時間で Tstg = 150℃です。
4.2 熱抵抗
4.2.1 内部熱抵抗 RthJC
RthJC は、トータル損失 Ptot に対するジャンクション温度 Tvj とケース温度 TC の差分の比率
です。
内部設計およびオン状態電流の形状と周波数に依存します。
両面冷却の場合の熱抵抗は、個々の熱抵抗が並列接続されるので、片面冷却の場合より小
さくなります（図 32を参照）。
熱抵抗は、半導体のタイプと形状に依存します。したがって、100%測定されることはあ
りませんが、当初の型式承認認定試験中に設定されます。
4.2.2 熱伝達抵抗 RthCH
RthCH は、トータル損失 Ptot に対するデバイスとヒートシンクの
それぞれの接触領域の温度の差分（TC-TH）の比率です。
指定されている値は、正しく取り付けられている場合にのみ有効です（8 節を参照）。
39
4.2.3 ヒートシンク熱抵抗 RthCA
RthCA は、トータル損失 Ptot に対するケース温度 TC と冷媒温度 TA の差分の比率です。
4.2.4 トータル熱抵抗 RthJA
RthJA は、トータル損失 Ptot に対する等価ジャンクション温度 Tvj と冷媒温度 TA の差分の比
率です。
4.2.5 過渡内部熱抵抗 ZthJC
ZthJC は、時間の経過に伴うコンポーネントの熱抵抗の進行を表します。データシートでは、
DC 定電流の場合の ZthJC が指定されています。また、一部ではパルス電流の場合も指定さ
れています。
さらに、部位別熱抵抗 Rthn と時間定数 tn が分析機能として表にまとめられています。
4.2.6 過渡ヒートシンク熱抵抗 ZthCA
ZthCA は、時間の経過に伴うヒートシンク熱抵抗の進行を表します。ZthCA は、個々のデー
タシートで定義されています。さらに、分析機能の値 RthCAn と tn が表にまとめられていま
す。一般的に定義されているヒートシンクの過渡熱抵抗はありません。一方では、パワー
半導体とヒートシンクの接触領域に依存します。他方では、冷却方法（自然/強制）と冷
媒の流れが大きな影響を及ぼします。
自然冷却と油冷の場合、空気または油の対流によって冷媒の流れが発生します。対流は損
失により定義されるので、自然冷却と油冷の場合は実際の損失が指定されています。ヒー
トシンクは、正しい方向と位置を守って取り付ける必要があります。
強制冷却と水冷の場合、冷媒の流れる方向が指定されます。
パルス電流による短期間の温度変化はこれらのパラメーターとほとんど無関係です。その
ような温度変化は、ヒートシンクの大きな熱容量によって均一化されます。
Infineon Technologies AG が提供するヒートシンクは、コンポーネントを取り付けた状態
で試験され、指定されています。指定されているこれらのヒートシンク データには、デ
バイスとヒートシンクの間の伝達熱抵抗 RthCH が含まれます。したがって、この値は無視
されます。
40
4.2.7 トータル過渡熱抵抗 ZthJA
ZthJA は、時間の経過に伴うトータル熱抵抗の進行を表します。短期間負荷の場合のジャン
クション温度は、トータル過渡熱抵抗に基づいて計算します。ZthJA は以下の合計です。
ZthJA = ZthJC + ZthCA
4.3 冷却
4.3.1 自冷
自冷（空気対流冷却）では、電力損失を空気の自然対流により放散します。
一般に、パワー半導体の電流負荷能力は、周囲温度 TA = 45℃で定義されます。
4.3.2 強制空冷
強制空冷では、ファンを使用して強制的に冷却用空気をヒートシンクのフィンに通します。
一般に、パワー半導体の通電能力は、周囲温度 TA = 35℃で定義されます。
4.3.3 水冷
水冷では、電力損失を水によって放散します。一般に、パワー半導体の電流負荷能力は、
入口水温 TA = 25℃で定義されます。
4.3.4 油冷
油冷では、電力損失を油によって放散します。一般に、パワー半導体の電流負荷能力は、
入口油温 TA = 70℃で定義されます。
41
5.5.機械特性
5.1 締め付けトルク
PowerBLOCK モジュールとスタッドを取り付ける際、データシートで指定されている締
め付けトルクを守ることを推奨します。守られない場合、仕様どおりの正しい動作は保証
できません（8.2 も参照）。
5.2 クランプ力
データシートで指定されているクランプ力は、フラットベースまたはディスク ハウジン
グとデバイスを電気的および熱的に完全接触させるために必要です。接触面全体でほぼ均
質である必要があります（8 も参照）。
ディスク ハウンジング内のデバイスのクランプ力に関する制限が、関連するデータシー
トで指定されています。その指定を正確に守る必要があります。指定されている値からず
れていると、データが変わってしまい、特別な取り決めが必要になる可能性があります。
クランプ力は、指定されている制限値のほぼ中央の値にすることを推奨します。
5.3 沿面距離
アノードとカソードの間またはアノードとゲートの間の沿面距離は、DIN VDE 0110 に
従って定義されています。
5.4 湿度分類
指定されている値は、DIN IEC 60721-3 (3K3)に従っています。
5.5 振動
指定されている値は、DIN IEC 60068、part 2-6 に従っています。
データシートでは、重力定数（1g = 9.81m/s²）の倍数として指定されています。
5.6 UL 登録
PowerBLOCK モジュールは、通常は、Underwriters Laboratories Inc.の電気的に絶縁され
た半導体コンポーネントの標準に準拠しています。
個々のデータシートの「機械特性」の節に該当するファイル番号が記載されています。
42
6.実アプリケーションにおける注意点
6.1 ケース非破壊電流
ケース非破壊電流は、ケースの機械的破壊も燃焼プラズマの流出も起こさない逆方向電流
パルスのピーク値です。
データシートで指定されている非繰り返しサージ電流である ITSM、IFSM および∫i²dt の値に
より、順方向の電気的ストレスが定義されます。これらは、短絡保護の設計に使用します。
もちろん、サイリスターとダイオードがこのストレスにより破壊されることはありません。
どんな場合でも、サイリスターは十分なゲート電流でトリガーする必要があります。
順方向短絡電流が指定されている最大値を超えると、まず電気的破壊が発生します。デバ
イス ハウジングの機械的破壊は、それより相当大きなストレスがかかった場合のみ発生
します。これは、半導体の活性領域全体で電流を流すためです。
サイリスターまたはダイオードに逆方向に不具合が生じると、短絡電流が逆方向に流れま
す。この段階で破壊されていないカソード領域は、電流を流しません。破壊部位のわずか
な周縁部が溶けて、ケース内部でアークが成長します。溶けた物質は気化してホット プ
ラズマになり、その強度によってはケースが破壊される可能性があります。多くの場合、
ケースに穴が開いて、そこからホット プラズマが流出します。強力な磁場が発生するハ
イパワー装置では、それが装置の短絡と破壊を引き起こす可能性があります。
サイリスターとダイオードに逆方向に実施する破壊試験では、シリコン ペレット上の破
壊部位の位置によって、ケース非破壊電流の分布が大きくばらつくことが示されています。
Infineon Technologies AG は常に、周縁部に破壊部位を置いています。これは、その場合
に最も重大なケース非破壊電流が発生するからです。装置の短絡部位のインダクタンスに
依存する短絡電流上昇率も影響を及ぼします。ケース非破壊電流は 50Hz 半正弦波に対し
て指定されています。
ダイオードとサイリスターの場合、ケース非破壊電流が、非破壊サージ オン状態電流
ITSM または IFSM より少ない可能性があります。その場合、ケース非破壊電流は、ディスク
セルのデータシートで別途 50Hz 半正弦波のピーク値として指定されています。ここから
生じる I²t 値を、60Hz の半正弦波のピーク値に対して再計算できます。
このケース非破壊電流を他の電流波形（例えばヒューズの故障により短絡電流が停止した
場合に発生する）に対して再計算した結果は、適切な電流・時間積分を行ったとしても、
まったく正しくないか、または部分的にしか正しくありません。
損傷を避けるために、ユーザーは、特にハイパワー装置では、適切な保護手段を講じる必
要があります。
6.2 熱負荷サイクル
半導体系の熱負荷サイクルにより、機械的ストレスが生じたり、物質の膨張係数の違いに
よる滑り動作が発生したりします。したがって、コンポーネントの負荷サイクル能力は、
デバイスの温度変化の大きさと進行およびサイクル数に依存します。繰り返し周波数 f0
≥ 40Hz の永久動作で発生することが多い、短時間の小さな温度変化は、負荷サイクル能
力に影響を及ぼしません。負荷の変化が激しい動作または繰り返し周波数が低い動作の場
合のみ、存続期間が十分に長い熱負荷サイクルに関してデバイスの急激な温度変化の大き
さ ΔTvj が観測されます。
43
6.3 並列接続
サイリスターまたはダイオードを並列接続する場合、分岐に負荷電流を均一に分配するこ
とを目指す必要があります。電流共有から逸脱する理由は以下のとおりです。
-
並列接続されたそれぞれの分岐の微分抵抗の違い。これらは、デバイスのオン状態特
性の違いと、並列回路のトポロジーの違いによって発生します（図 34を参照）。
動的影響の例を以下に示します。
- ゲート コントロールされた遅延時間の不一致
- 動的なターンオン挙動の違い
- 機械的構造によりさらに発生する誘導電圧
また、並列分岐のすべての RC スナバーが、最初にトリガーされるサイリスターを通じて
放電することを考慮する必要があります。
それぞれのデバイスに流れる電流を均一にするためには、以下の方法が一般的に用いられ
ます。
-
-
サイリスターまたはダイオードにほぼ同一のオン状態電圧をかける。
同一の vT クラスまたは vF クラスのグループのコンポーネントを請求に応じて提供可
能です。
vT クラスまたは vF クラスの識別情報はそれぞれ、セラミック ディスクセル上に
「V」の後に 4 桁の数字を印刷することで示されています。「V」は、オン状態電圧を
表す略語です。4 桁の数字は、対応する vT/vF クラスの最大オン状態電圧とクラスの
幅を示します（図 33を参照）。
図33 vT/vF クラス定義の例
-
-
できる限り微分抵抗を均一化する。並列接続されているサイリスターまたはダイオー
ドの個々の分岐に直列抵抗（ヒューズなど）を追加することによって、対称性を高め
ます。
直列インダクタンスを適用してサイリスターの電流共有を均一化する。
44
-
ゲート コントロールされた遅延時間の値のずれを最小化する。この最小化のためには、
同期した急上昇する大電流パルスによってサイリスターをトリガーする必要がありま
す。
iGM ≥ 4...10 IGT
dG/dt ≥ iGM/(0.5-1μs)
並列接続されたデバイス全体のアノード・カソード間電圧は、最初にトリガーされた
サイリスターのオン状態電圧まで下降します。したがって、それ以降にターンオンす
るサイリスターの電圧依存トリガーの遅延およびそれらのサイリスターのターンオン
の開始が遅れます。
特に光トリガー サイリスターの場合、安全にターンオンするために高めのアノード・
カソード間電圧を必要とするので、このことを考慮する必要があります。
ハイパワー サイリスター（T...1N）の場合、データシートでゲート コントロールされ
た遅延時間によるトリガーパルスを推奨しています。これにより、記載されている条
件下では、ゲート コントロールされた遅延時間 tgd のずれ Δtgd が、0.5μs 未満の値まで
短くなる可能性があります。これをスナバーと併用することで、一般にはサイリス
ターを安全にトリガーするために十分であり、他には何も選択する必要はありません。
光トリガー サイリスター（T...3N）を並行接続するには、レーザーダイオード SPL
PL90 と適切な光ファイバー ケーブルを使用して、レーザーダイオードに 1.3A を 2μs、
0.8A を 8μs の制御パルスを適用することを推奨します（図 18を参照）。
-
前述のゲート パルスにより、動的オン状態特性の不一致も最小化されることが保証さ
れます。
-
特に大型のサイリスターや高阻止電圧のサイリスターの場合、一部のサイリスターは
オン状態電流密度が低すぎて、トリガー後に順方向オフ状態に戻るというリスクがあ
ります。新たな負荷電流が増加した後の通電しているサイリスターの過負荷は、繰り
返しトリガーすることで避けられます。
一般には、電流のばらつきを 10%未満にすることが目標です。
図34 並列接続のオン状態電圧が異なることによる電流のばらつき
45
6.4 直列接続
サイリスターまたはダイオードを直列接続する場合、オフ状態電圧を均一に分配すること
を目指す必要があります。理想的な分圧状態から逸脱する理由は以下のとおりです。
- 漏れ電流が異なる
他に外部コンポーネントを追加しない場合、直列回路の均一な逆電流により個々のサ
イリスターまたはダイオードの両端に電圧が発生するので、両方向の安定オフ状態条
件下では望ましくない分圧状態が発生する可能性があります（図 35を参照）。
-
ゲート コントロールされた遅延時間の不一致
ターンオン中に、最後にトリガーされるサイリスターは、より高いオフ状態電圧にさ
らされます。
-
逆回復電荷量の不一致
逆回復電荷量 Qr の不一致により、逆回復時間 trr とピーク逆回復電流 IRM の不一致が発
生します。これは、複数のサイリスターまたはダイオードがそれぞれ異なるタイミン
グでオフ状態電圧を構成することを意味します（図 36を参照）。直列接続されている
2 つのサイリスターまたは 2 つのダイオードの逆回復電荷量 ΔQr の不一致により、電
圧偏差 ΔV ≈ ΔQr/C が生じます。ここで C は並列スナバー回路のコンデンサーです
（7.1 節を参照）。
図35 直列接続の漏れ電流が異なることによる電圧のばらつき
46
図36 ターンオフ特性が異なることによる電圧のばらつき
直列接続されているサイリスターとダイオードのオフ状態電圧の均一化は、以下の方法で
実現できます。
- オフ状態フェーズ中の安定状態の分圧
この場合、通常は RC スナバーで十分です。DC オフ状態電圧を長時間印加する場合、
バラスト抵抗をそれぞれのサイリスターまたはダイオードに追加で並列接続する必要
があります。安定状態電圧を外部から対称に印加するために、この抵抗には、印加す
るパワー半導体の漏れ電流の約 2～5 倍を動作温度で流す必要があります。動作温度が
連続動作の最大許容ジャンクション温度より低い場合、漏れ電流は 10℃あたり初期値
の約 66%まで減少します。
例えば、最大許容ジャンクション温度が存在するサイリスターの場合、以下のように
計算します。
Tvj max = 125℃
Tvj = 115℃では 0.66 ID または 0.66 IR
Tvj = 105℃では 0.44 ID または 0.44 IR 以下同様
-
ターンオン時の動的分圧状態
ゲート コントロールされた遅延時間の不一致を減らすには、電気トリガー サイリス
ターを、同期した急上昇する高トリガーパルスでトリガーする必要があります。
iGM ≥ 4...10 IGT
diG/dt ≥ iGM/(0.5-1μs)
このような強いトリガーパルスにより、ゲート コントロールされた遅延時間のずれ
Δtgd が 1μs まで短くなります。（直列接続で）最後にターンオンされるサイリスター
の逆阻止電圧の上昇速度が遅いことを保証する必要があります。それには、通常は、
47
RC スナバーで十分です。RC 回路とともに動作するこの回路のインダクタンスが逆電
圧の上昇を抑えるには不十分である場合、可飽和インダクタンスを追加実装します。
ハイパワー サイリスター（T...1N）の場合、データシートでは、ゲート コントロール
された遅延時間のトリガーパルスが推奨されています。このパルスまたはそれより好
条件のパルスにより、記載されている条件下では、ゲート コントロールされた遅延時
間のずれ Δtgd が、0.5μs 未満の値まで短くなる可能性があります。
大電流の上昇時間にさらされる光トリガー サイリスター（T...3N）の直列接続の場合、
レーザーダイオード SPL PL90 と適切な光ファイバー ケーブルを使用して、1.3A を
2μs、0.8A を 8μs の制御パルスを適用することを推奨します。
-
ターンオフ時の動的分圧状態
ターンオフ中は、並列接続されているスナバーの十分な大きさの決定および直列接続
されているサイリスターの回復電荷量 ΔQr のばらつきの抑制の両方によって、オフ状
態電圧のばらつきを是正できます。同一の Qr クラスのグループのサイリスターとダイ
オードを請求に応じて提供可能です。
6.5 パルス電源
パルス電源用途は、通常はデューティー サイクルが非常に少ない用途です。
パルス電源用途の半導体の大きさを決定するために、一般には以下を守る必要があります。
6.5.1 DC 用途
パルス電源用途のパワー半導体は多くの場合、高 DC 電圧にさらされます。そのため、電
圧ストレスの削減に関する制限を守る必要があります（3.1.2.3 および 3.2.2.3 を参照）。
6.5.2 ターンオン時の電流上昇時間
サイリスターのターンオン時のトリガー領域における有限伝搬（~0.1mm/μs）により、負
荷電流は当初は狭い領域に集中します。電流密度が臨界値を超えると、デバイスが破壊さ
れる可能性があります。したがって、狭いパルス幅のピーク電流振幅は大幅に減少します
（図 37を参照）。
48
図37 単一正弦波電流パルスによるパルス電源用に最適化されたサイリスターの安全動作領域（SOA）の概
略図
6.5.3 ターンオン中の電流と電圧のゼロ交差
正電圧が印加された状態のサイリスターは、トリガーパルスによってターンオンできます。
最大で数 μs のゲート コントロールされた遅延時間が経過した後、電圧は急激に降下し、
負荷電流は上昇し、伝導ゾーンで伝播が開始します。このプロセス中に電圧値と電流値が
負値になった場合、伝導ゾーンが収縮します。エネルギーが狭い領域に集中し、光トリ
ガーか電気トリガーかに関係なく、半導体が破壊される可能性があります。
このような動作条件は、適切なフリーホイーリング回路を使用することによって回避しま
す。
6.5.4 高い di/dt の値によるターンオフと負電圧
これらの動作条件はできれば回避できるように対策してください。スナバーで制御可能で
あるとしても非常に広い範囲でスナバー回路を適用する必要があります。電圧ピークは、
逆回復電流のスナップオフと回路のインダクタンスにより発生し、半導体の許容値に制限
される必要があります。
図 38と図 39は、パルス電源用途に適した回路および半導体がさらされるストレスを示し
ています。図 39に示す回路のほうが、サイリスターにかかるストレスは大きくなります
（図 40の Var.2 を参照）。ただし、図 38に示す回路を使用することによって、ターンオ
フ対電圧は回避されます（図 40の Var.1 を参照）。
49
図38 コンデンサー側にフリーホイーリング回路があるサイリスター スイッチ
図39 負荷側にフリーホイーリング回路があるサイリスター スイッチ
図40 サイリスターの電流と電圧の波形
50
7.保護
サイリスターとダイオードは、非常に大きい電流および非常に高い電圧から、および制御
回路の干渉パルスから、確実に保護する必要があります。
7.1 過電圧保護
全体的に見ると、装置内の過電圧には以下の原因があります。
- 内部過電圧
パワー半導体のキャリア蓄積効果による
- 外部過電圧
配線上のスイッチング プロセスおよび以下のような大気の影響
- 無負荷の変圧器のスイッチング
- 誘導負荷のスイッチング
- ヒューズ切れ
- 落雷
サイリスターとダイオードは、マイクロ秒領域の過電圧によって破壊される可能性がある
ので、その過電圧保護には特に注意する必要があります。適切なスナバーを設計する際、
阻止能力（VDRM、VRRM）および臨界電圧上昇率(dv/dt)cr を考慮する必要があります。
7.1.1 個々のスナバー（RC スナバー）
ターンオフ中は、サイリスターまたはダイオードの負荷電流は、ゼロ交差時には停止せず
に、キャリア蓄積効果により一時的に逆回復電流として逆方向に流れ続けます（図 23を
参照）。ピーク逆回復電流に到達した後、多かれ少なかれ、急下降する逆方向遅延電流に
より、負荷回路のインダクタンスで電圧ピークが発生します。この電圧ピークは駆動電圧
に重畳されるので、半導体が危険な状態になります。
この過電圧は、デバイス個々にスナバー回路を適用することにより、効果的に低減するこ
とが可能です。
このスナバーの定数を決定するために、半導体の iTM または iFM の大きさ、オン状態電流の
-diT/dt または–diF/dt の下降率、ピーク逆回復電流 IRM、逆方向オフ状態電圧 vRM、および
ピーク繰り返し逆方向オフ状態電圧 VRRM、およびサイリスターの臨界電圧上昇率(dv/dt)cr
など、最も重要な要因を知る必要があります。主電源転流コンバーターでは、以下の条件
が満たされる場合、表 2の正常動作条件でサイリスターおよびダイオードの RC スナバー
を使用できます。
- コンバーター電源トランスの短絡電圧 uK が 4%以上。主電源に直接接続されている場
合、適切な保護チョークの大きさを決定する必要があります。
-
ピーク繰り返しオフ状態電圧と供給電圧のピーク値の間の安全限界が 2.2 以上。
51
公称電圧 VN
nominal voltage VN
≤ 230V
≤ 400V
≤ 500V
≤ 690V
C [μF]
R [Ω]
P[W]
C [μF]
R [Ω]
P[W]
C [μF]
R [Ω]
P[W]
C [μF]
R [Ω]
P[W]
≤ 50 A
0.22
47
≥ 5
0.12
82
≥ 7
0.10
120
≥ 10
オン状態電流 ITAV、IFAV
on-state current ITAV, IFAV
≤ 100 A ≤ 200 A ≤ 500 A ≤ 1000 A
0.33
0.68
1.5
3.3
33
22
12
6.8
≥ 10
≥ 15
≥ 30
≥ 70
0.22
0.47
1.0
2.2
56
33
22
15
≥ 15
≥ 30
≥ 70
≥ 125
0.18
0.39
0.82
1.8
68
39
27
18
≥ 25
≥ 50
≥ 100
≥ 200
0.27
0.56
1.0
47
33
22
≥ 70
≥ 125
≥ 250
≤ 2000 A
6.8
6.8
≥ 150
4.7
12
≥ 300
3.3
15
≥ 400
1.8
22
≥ 500
表2 主電源用途での個々のスナバーの RC スナバー
特にオン状態電流が急降下する場合または阻止能力の安全限界が低い場合、前述の推奨す
る RC スナバーの適合性を確認する必要があります。このような場合、通常は、大容量コ
ンデンサーおよび適切な大きさを再決定した抵抗が必要です。非周期的減衰過電圧が最も
望ましい進行を示すための最適な等価抵抗は、以下のように計算します。
ここで、R’と C’は RC 直列スナバーの等価値であり、L’はコンバーター インダクタンスの
等価値です。
Schaltung
R'
C'
L'
M1
R
C
LS+LG
M2
R
C
2 Ls
B2
1 /2 R
C
Ls
M6
1 /2 R
2C
2 Ls
B6
3 /5 R
5 /3 C
2 Ls
表3 コンバーター回路の等価値
R、C = RC スナバーの値
LS = コンバーター トランス（単相）の内部インダクタンス
LG = 平滑用チョークのインダクタンス
52
サイリスターの場合、RC スナバーの抵抗は、ターンオン中のスナバーから非常に大きい
放電電流が流れてもサイリスターにストレスがかからない値である必要がある、という点
も守る必要があります（3.4.1.2.3 も参照）。
抵抗の消費電力は、以下の式に従って計算します。
PR=k*VR2*C*f
k = 2*10-6
k = 4*10-6
k = 6*10-6
非制御整流器の場合
制御されている 1 パルス回路および 2 パルス回路およ
び AC コントローラー内
制御されている 3 パルス回路および 6 パルス回路およ
び三相コントローラー内
式では以下の単位の値が使用されていることを、ここで確認する必要があります。
PR [W]
VR [V]
C [μF]
f
[Hz]
ターンオン中に過電圧降下およびサイリスターのストレス低減が実現するように、必要に
応じて図 41に従ったスナバーを変更できます。
図41 サイリスターの RC スナバーの拡張例
a – バイポーラー電圧サージ サプレッサーを使用
b – ターンオン電流を減衰させる RCD の組み合わせを使用
c – dv/dt および順方向オフ状態電圧を減衰させる RCD の組み合わせを使用
注）Do = （特にターンオンに関する）高速ダイオード
53
臨界電圧上昇率(dv/dt)cr が 500V/μs 以上のサイリスターを使用している場合、変圧器のス
ナバーが存在する場合（7.1.3 を参照）の整流器動作では、通常は RC スナバーを省略で
きます。
7.1.2 AC コントローラーの入力スナバー
AC コントローラーと三相コントローラーでは、サイリスターが、位相制御と全波動作
（ソフト スターターなど）の両方の用途で逆並列構成で使用されます。図 42に、スナ
バー回路を示します。
図42 AC コントローラーのスナバー回路
表 2で推奨されている RC 直列スナバーの値は、正常動作条件および以下の環境で、サイ
リスターのスナバー用に適用されます。
- 供給電圧と電流の間の誘導位相角が 30°未満（cos φ ≥ 0.866）。
これにより、スナバーのコンデンサーとインダクタンスの直列接続によって生じる可
能性がある振動が抑制されることが保証されます。
-
サイリスターのピーク繰り返しオフ状態電圧と供給電圧のピーク値の間の安全限界が
2.2 以上（3.1.2.1 を参照）。
-
サイリスターの臨界電圧上昇率(dv/dt)cr が 500V/μs 以上。
注）表 2で指定されているオン状態電流 ITAV が、一方向構成のサイリスターの平均値とし
て十分な精度で現れます。負荷電流を決めるために、逆並列構成の個々のサイリスターの
RMS 値 ITRMS および回路全体の RMS 値 IRMS を以下の式から算出できます。
54
図43 AC コントローラーの電流の計算
大型装置に実装されたハイパワー半導体と光トリガー サイリスターの場合、回路パラ
メーターおよび使用する半導体タイプに従ってスナバーを最適化することがよく行われま
す。この場合、これらのサイリスターの臨界電圧上昇率は前述の条件を明らかに上回って
いるので、電圧上昇率は無視できます。
したがって、この場合、スナバー設計に対する一般的な推奨はほとんど意味がありません。
7.1.3 他励式コンバーターへのスナバーの提供
主電源から発生する、またはコンバーターのトランスまたはチョークのスイッチングによ
り発生する、エネルギーを消費する過電圧は、複合スナバー回路によりなるべく減衰させ
ます。サイリスターまたはダイオードを使用するコンバーターでは、スナバー回路は AC
側に配置され、ダイオードを使用する補助整流器および放電抵抗付き保護用コンデンサー
で構成されます。放電抵抗が必要なのは、ダイオード ブリッジによりスナバー容量の放
電が妨げられるためです。したがって、この容量が 1 周期以内に放電するように設計する
必要があります（図 44と表 4を参照）。
図44 制御整流器の AC 側の複合スナバー
55
スタック出力電流 IDC
stack output current IDC
= 500V
供給電圧 VN
spannung VN
spannung VN
回路 B6C
circuit B6C
= 200A
= 1000A
= 2500A
= 5000A
R1 [Ω]
6,8
3,9
1,8
1
C1 [μF]
6,8
10
22
33
R2 [Ω]
15
12
4,7
3,3
P2 [W]
32
40
104
150
スタック電流 IDC
stack current IDC
= 690V
供給電圧 VN
spannung VN
spannung VN
回路 B6C
circuit B6C
= 200A
= 750A
= 1500A
= 3000A
= 4000A
R1 [Ω]
22
8,2
3,9
2,7
1,8
C1 [μF]
2,2
4,7
10
15
22
R2 [Ω]
47
22
12
6,8
4,7
P2 [W]
20
43
78
140
201
スタック電流 IDC
stack current IDC
= 1000V
供給電圧 VN
spannung VN
spannung VN
回路 B6C
circuit B6C
= 500A
= 1000A
= 2000A
= 3000A
R1 [Ω]
18
8,2
5,6
3,9
C1 [μF]
2,2
4,7
6,8
10
R2 [Ω]
47
22
15
12
P2 [W]
42
90
133
166
表4 制御三相ブリッジの AC 側の複合スナバーのコンポーネント
複合スナバーが RC 回路としても動作するので、通常は、さらにコンバーター内のすべて
のサイリスターとダイオードに対する個別のスナバーおよび補助整流器を追加する必要は
ありません。
ダブル三相逆並列ブリッジなど、一部のダブル コンバーター回路は対象外です。複合ス
ナバーを設計する場合、以下を守る必要があります。
直列抵抗 R1
コンバーターのトランスのスイッチングにより発生する可能性がある振動を防ぐため
に存在します。
同時に、ターンオン中に過電圧ストレスがかかっている状態で、補助整流器のダイ
オードを通じて保護コンデンサーから発生する放電ピークを制限します。
保護コンデンサーC1
コンバーターのトランスまたはチョークがオフに切り替わったときに蓄積するエネル
ギーを吸収して、保護するサイリスターまたはダイオードの最大許容ピーク繰り返し
オフ状態電圧を電圧が超えないようにする必要があります。スイッチのアーク放電損
失は含まれません。
56
-
-
放電抵抗 R2
連続過電圧エネルギーの放電時定数 t が R2 C1 = 80ms に等しければ、実際的経験では、
十分な大きさです。
補助整流器ダイオード
必要な阻止能力以外に、保護コンデンサーの充電サージ電流に依存する許容サージ電
流も考慮して、選択する必要があります。過電圧は長い間隔をおいて短時間だけ発生
するので、ダイオードの利用頻度は少なく、その損失もわずかです。したがって、一
般にはヒートシンクは必要ありません。
7.1.4 他の保護オプションとエネルギーを消費する過電圧
RLC フィルター
コンバーターのトランスの浮遊誘導性または転流チョークの誘導性および中性点で接地さ
れている RC 回路で構成されています。コンデンサーの放電電流に関してあまり小さすぎ
る抵抗を選択できないので、短時間、低エネルギーの過渡過電圧を減衰させる場合に適し
ています。
それとは別に、発生する損失によって、容量の大きさは制限されます（図 45を参照）。
火花ギャップ避雷器
エネルギーを消費する過電圧が配線から予想される場合に使用できます。トリガー電圧に
達した後の遅延ターンオンにより、通常は過電圧に対する保護手段を追加する必要があり
ます（図 45 を参照）。
DC スナバー
負荷側から発生する過電圧は、DC スナバーで減衰させることができます（図 45を参照）。
RC 回路の代わりに、金属酸化物バリスターなどの電圧依存抵抗を使用できます。バリス
ターは一方では、熱的に不安定になり、深刻な経時変化が進むので、一般には繰り返し過
電圧の制限には適していないことに注意する必要があります。他方では、その大きさを
誤って決定することによって、エネルギーを消費する過電圧に対する保護（通常は火花
ギャップ避雷器）を妨害してはいけないことに注意する必要があります。
57
図45 他の保護オプションとエネルギーを消費する過電圧
7.2 過電流保護
サイリスターとダイオードは、大きな動作電流を流すことができますが、過電流により破
壊される可能性もあります。したがって、適切な保護手段を講じる必要があります。適切
な保護手段は、過電流のタイプに応じて選択します。一般には、短期間と長期間の過電流
保護を区別します。
7.2.1 超高速半導体ヒューズによる短期間の保護
短期間の保護は、短絡回路から発生する過電流を、最大で半正弦波 1 個分、サイリスター
またはダイオードが危険な状態にならない値に制限します。それには、超高速開路特性を
持つ特殊半導体ヒューズを使用します。サイリスターまたはダイオードは、最悪の場合、
ターンオフ時に、タイプごとにデータシートで指定されている∫i²dt 値を使用します。
半導体は、∫i²dt 値によるストレスがかかると、完全に、または部分的に、オフ状態ではな
くなり、阻止能力を失います。この状況は、ジャンクション温度が永久動作許容値に下が
るまで続きます。したがって、このストレスが再びかかる可能性があるのは数秒経過した
後であり、コンバーターの動作期間全体に対するパルス数が限られていればめったに発生
しません（3.1.16 も参照）。
7.2.1.1 ヒューズの選択
ヒューズは、オプションで、相または分岐（アーム）に配置できます。分岐ヒューズによ
る短期間の保護は最も安全であり、サイリスターまたはダイオードに最大電流負荷がかか
ることを許容します。相ヒューズを使用すると、複雑さは軽減されます。
58
ただし、逆起電力により負荷から発生する可能性があるフィードバックに対して、コン
バーターの出力に別途ヒューズを実装する必要があります。これは、DC バスにフィード
バックされる負荷からの短絡電流は相ヒューズによって登録されていないためです。
電流負荷能力が高い一部のサイリスターまたはダイオードの場合は、2 つのヒューズを並
列接続する必要があります。
ヒューズを選択する際は、以下を考慮する必要があります。
- ヒューズ定格電圧
短絡電流駆動電圧より高い値である必要があります。
-
短絡電流駆動電圧
一般には供給電圧と同じです。AC コンバーターの動作の場合のみ、供給電圧の最大
1.8 倍の値になります。
-
再発電圧 VRMS
短絡電流駆動電圧 VKRMS を短絡経路に直列接続したヒューズの数 N で割って安全係数
Fs = 1.3 を掛けることによって求めます。以下に式を示します。
例えば、B2 回路と B6 回路の場合、VRMS = ½ *1.3*VKRMS = 0.65*VKRMS です。
-
ヒューズ アーク放電電圧
ヒューズはその溶断過程で、ヒューズの構造と再発電圧に依存するアーク放電電圧を
発生します。回路の逆バイアス コンポーネントに悪影響を及ぼさないように、この電
圧のピークが半導体のサージ ピーク電圧を超えてはいけません。
-
ヒューズ公称定格電流
これは、通常は正弦波 AC 電流を指しており、変位する電流波形の定格値より上また
は下になります。ヒューズの公称電流は、予想される位相電流または分岐電流より多
少高い値である必要があります。
-
∫i²t ターンオフ値
溶断積分とアーク積分の合計であり、したがってサイリスターの∫i²dt 値より小さい値
である必要があります。
59
図46 超高速ヒューズのターンオフ特性
表5 分岐（アーム）電流と相電流の計算
60
短絡電流が増加すると、まずヒューズ リンクが溶融します。それによって発生したアー
クは、充填剤（通常は珪砂）により消弧されます。これらのヒューズは 3～5ms 以内に開
極します（図 46を参照）。
分岐電流または相電流の RMS 値は、さまざまなコンバーター回路の出力電流から表 5の
式によって算出できます。
これらの係数は、抵抗性負荷およびゼロ遅延出力に適用されます。
7.2.2 その他の保護の概念：ハイパワー半導体の短期間の保護
7.2.2.1 高速 DC 回路ブレーカー
短絡して数ミリ秒以内に電気力によりトリガーします。コストが高いので、めったに使用
されません。
7.2.2.2 クローバー（電子的短絡）
主に、ターンオフ コンポーネント（IGBT、GTO、IGCT）を使用する電源インバーター
で使用します。DC バス電圧が規定されている保護レベルを超えると、クローバーがトリ
ガーされて、DC バス コンデンサーを放電します。パルス電流の極性が反転すると、イン
バーター回路内の特殊ダイオードまたはフリーホイーリング ダイオードから給電されま
す。
7.2.2.3 配線側ブレーカー
半導体は、ブレーカーにより主電源から切断されるまで、短絡電流を流す必要があります。
大型装置では、3～5 半波長後に切断されます。
7.2.2.4 トリガーパルスの阻止
規定されているレベルを超えると、サイリスターのトリガーパルスが抑制されます。それ
により、サイリスターには、最初に電流半波によるストレス、次に負および正のオフ状態
電圧によるストレスがかかります。この場合、半導体の阻止能力が十分である必要があり
ます。
7.2.3 長期間の保護
長期間の保護を実現するには、適合する熱的および磁気的な過電流保護機構またはヒュー
ズを使用します。これらの保護装置のターンオフ特性は、短期間動作での過電流を下回る
必要があります。その結果、サイリスターまたはダイオードの阻止能力は維持されます。
したがって、サイリスターの長期間の保護も、トリガーパルスが阻止されることにより実
現します。最大阻止能力が要求されない場合、3.1.14 節に従って、最大過負荷オン状態電
流特性上に遮断特性を設定できます。
7.2.4 完全定格保護
長期間と短期間の保護で構成されますが、実際には複数の保護機構の組み合わせによって
のみ実現します。
61
7.3 負荷回路のインダクタによる動的電流制限
負荷回路のインダクタンスが低い場合、サイリスターのターンオン時の電流上昇率が高く
なりすぎる可能性があります。破壊を避けるには、別途インダクタ LZ を挿入する必要が
あります。これにより、ターンオン電流の上昇率が低下します（図 47を参照）。この方
法により、ターンオン損失も減少します。
線形インダクタンスの場合、電流の上昇中に、伝搬がトリガーされているシリコン領域の
電流密度は減少します。
飽和チョークでは、シリコン ペレットの大部分が既に伝導性の場合、ステップ時間 tSt
（図 47を参照）の経過後から電流上昇率が高くなります。ステップ電流 iTSt（図 47を参
照）は、ステップ時間の開始時には繰り返しターンオン電流 IT(RC)M にほぼ一致している必
要があります（3.4.1.2.3 を参照）。
ステップ電流が少ない場合、チョークに並列に抵抗 Rp を接続することによって増やすこ
とができます。時刻 0 で電圧 V0 が印加されている場合、発生する電流 iRSt は以下の式で
示されます。
図47 さまざまなインダクタンスが直列接続されているサイリスターのターンオン電流の進行の概念図
a：最大許容領域
b：電流上昇率に制限がない非許容動作
c：負荷回路に線形インダクタンスが直列接続されている許容動作
d：負荷回路に飽和チョークが直列接続されている許容動作
62
7.4 ゲート回路の干渉パルスの削減
コンバーターにより、負荷回路の電流と電圧が急激に変化します。この場合、ゲートの
リード線およびトリガー機器に対する誘導結合または容量結合の結果として、サイリス
ターのゲート端子に干渉パルスが出現するリスクがあります。したがって、サイリスター
が誤ってトリガーされて、装置の動作不良を引き起こす可能性があります。
結合を減らして干渉パルスを回避するには、通常は、ゲートのリード線をより合わせてで
きれば短くし、トリガー トランスと可能であればトリガー機器もシールドを強化します。
こうすることによって、ゲート回路そのものも保護することが可能です（図 48を参照）。
図48 サイリスターのゲート保護の例
標準の位相制御サイリスターの場合、以下を推奨します。
-
Cx = 10...47nF
-
Rx tX（= RxCx = 10...20μs）に応じた値
-
Dx 高速ダイオード
放電抵抗 Rx を省くことはできません。省いた場合、臨界電圧上昇率(dv/dt)cr など、一部の
サイリスター データが悪化する可能性があります。スナバーが制御電流に悪影響を及ぼ
す場合、トリガー回路の大きさを決定する際にこのことを考慮する必要があります
（3.3.1.8 も参照）。
63
8.取り付け
信頼できる安定した動作を実現するには、半導体を正しく慎重に取り付けることが必須で
す。なぜなら、そうすることで熱的接触と電気的接触の両方が実現するからです。
8.1 ディスク ケース
8.1.1 ディスクセルの取り付け
Infineon Technologies AG は、多数のヒートシンクとスタックを提供しています。これら
は、Infineon Technologies AG の半導体コンポーネントに合わせて設計されています。
ヒートシンクの多くについて、詳細な熱的データを請求に応じて提供可能です。
一部のディスクセル ヒートシンクは固定する手順が複雑なので、コンポーネントとヒー
トシンクの両方を、Infineon Technologies AG から一式揃ったスタックとして購入するこ
とを推奨します。
取付板に接続されているヒートシンクまたは母線にコンポーネントを取り付ける際、熱的
接触と電気的接触が実現します。
そのため、以下の手順に厳密に従う必要があります。
-
ディスクセルとヒートシンクの接触面および絶縁が損傷していたり付着物があったり
してはいけません。
-
ディスクセルとヒートシンクの接触領域は、ヒートシンクの平坦度と表面粗さ Rz の
値（10μm）を超えてはいけません。
-
取り付け前に、接触面は、ヒートシンク接触面の条件に応じて、適合する導電性熱伝
導化合物（例：Klüber Wolfracoat C）を約 50～100μm 塗布する必要があります。ディ
スクセルとヒートシンクの間に端子母線がある場合、これも適宜処理する必要があり
ます。
図 49と図 50に標準的な取り付け方法を示します。
64
図49 ディスクセルの標準のクランプ配置
図50 ディスクセルの標準のクランプ配置（V176）
-
必要なクランプ力によってヒートシンク接触面が変形することがなく、圧力分布が一
様になるように、固定する部品に十分な剛性があることを確認する必要があります
（図 49と図 50を参照）。十分に固定されているという条件で、たわみは、接触面直
径 D の 1mm あたり 0.3μm を超えてはいけません（例：接触面直径が 80mm の場合の
最大たわみは 80mm×0.3μm/mm = 24μm）。
-
任意の接触領域面の最大 0.5%には、指定されている粗さより大きい穴が存在してもか
まいません。
ただし、ニッケル層は損傷してはいけません。
-
推奨する寸法（図 50の右側を参照）：圧力分布ボルトの高さは h = 0.4D にします。圧
力は Ød = 0.4D で印加します。
鋼鉄（EN 10099 準拠の X20Cr13）の使用を推奨します。
65
-
他にセンタリングを実現する方法がない場合、コンポーネントの取り付け時に、ヒー
トシンクのハーフ シェルにセンター穴とピンが存在することを確認する必要がありま
す。
また、半導体の接触面と完全に接触している必要があります。これは、ヒートシンク
または母線の接触面が少なくとも半導体の接触径と同じ広さであることを意味します。
-
センタリング ピンを選択する場合、直径と、特に長さが、正しいことを確認する必要
があります。半導体の接点は非常に柔らかい（簡単に変形しやすい）銅でできている
ので、センタリング ピンが長すぎると、ペレットに貫通して半導体を損傷する可能性
があります。
-
組み立てと分解の際は、ディスクセルを損傷しないように、対角線上にあるボルトを
順番に少しずつ締め付けたり緩めたりする必要があります。
-
ディスクセルを片面冷却する場合、V50、V61、V72 などのタイプの適切なクランプ配
置で積層する必要があります。ここで、取り付けボルトを対角に少しずつ締め付ける
ことを確認する必要があります。前述のタイプの場合、クランプ配置の自由端が接触
面に接触することで、必要なクランプ力が自動的に得られます。
-
V50M、V61M、V72M など、負荷電流が流れるセンター ボルトによるクランプ配置を
使用する場合、ネジ山の最大トルクを守る必要があります。
図 51は、ディスクセルの熱抵抗 RthJC のクランプ力に対する特性例を示します。
図51 RthJC のクランプ力 F に対する特性例
66
-
前の図に示すように、クランプ力が小さすぎると熱抵抗が増加し、半導体の電流負荷
能力の低下につながります。また、オン状態電圧が上昇し、サージ電流の挙動が悪化
する可能性があります。
クランプ力が大幅に減少すると、熱サイクル能力が低下する可能性もあります。
-
クランプ力が大きすぎると、ディスクセルの内部接点（金属化）の経時変化と損傷を
引き起こす可能性があり、この場合も熱負荷サイクル能力が大幅に低下する可能性が
あります。
データシートに記載されている上限値を大幅に上回るクランプ力でディスクセルを取
り付けようとする場合は、Infineon Technologies AG までお問い合わせください。
-
前述のように、クランプ力は、指定されている力の範囲の上から 1/3 の範囲で選択す
る必要があります。これにより、使用されている材料の最小の伸縮プロセスの場合で
あっても、力の量が最小要件を下回らないことが保証されます。
-
試験目的では、ペレットの素子と接触面の間の安全なコンタクトを保証するために、
ディスクセルを最小公称クランプ力の少なくとも 10%または 1kN（どちらか少ない値
で十分）の力で固定する必要があります。
-
負荷電流を使用する試験の場合は、少なくとも最小クランプ力で固定する必要があり
ます。これは、データシートに記載されている値は指定されているクランプ力の範囲
でのみ有効であるためです。
-
固定されていない条件下で正しく測定することはできません。
-
多目的ゲート付きミディアム パワー セラミック ハウジングの場合、ゲート接続に平
型コネクターを使用することを推奨します。
67
8.1.2 ヒートシンクの位置決め
強制空冷（F）と水冷（W）の場合、冷媒の量が守られている限りは、ヒートシンクのど
の位置でもディスクセルを取り付けることができます。
自冷（S）の場合、ヒートシンクは、フィンと垂直に、冷却用空気が自由に通過できるよ
うな位置に取り付けます。
ヒートシンクは、地面および他の装置から十分離れた位置に取り付けます。
複数のヒートシンクを積み重ねて取り付ける場合、特に自冷の場合は、十分な隙間を残し
て、お互いの加熱効果を回避する必要があります。上方のヒートシンクについては、必要
に応じて、冷媒温度が高くなることを考慮する必要があります。
複数のデバイスがスタックに結合されている場合、以下の点に注意します。
- 複数デバイスが直列接続されている場合、個々のデバイスの阻止電圧の倍数が発生す
る可能性があります。これは、クランプ配置の絶縁を設計する場合に考慮する必要が
あります。
-
複数デバイスを隣り合わせに並列接続する場合、連続する 2 つのヒートシンク ハーフ
シェルの間でデバイスをクランプすることはできません。デバイスの高さ許容値によ
り圧力を一様にかけることができません。代わりに、2 つのクランプ システムが機械
的に独立して動作するように、ヒートシンク ハーフシェルを機械的に分離する必要が
あります。
-
個々の母線接続が 1 つのスタックに接続されている場合、特に組み立て中に、許容値
を超える力がスタックにかからないようにする必要があります。
-
ヒートシンク上のディスクセルが、ヒューズやトランスなど、他の装置やコンポーネ
ントによって加熱される場合、適宜それらの負荷を減らす必要があります。
-
ヒートシンクには電位が発生するので、絶縁して取り付けます。
8.1.3 母線の接続
以下の点に注意する必要があります。
- 引く力または押す力がディスクセルに作用することはありません。
-
発生する機械的振動は接地または短絡を起こしません。
-
負荷電流が流れるコンポーネント、特に直接接続されているヒューズによりディスク
セルが追加で加熱されることは設計で回避しています。
68
8.1.4 制御リード線の接続
以下の点に注意する必要があります。
-
不適切な組み立てによって制御端子を曲げたり、使用前に折れたりしないようにする
必要があります。
-
ピン接続の安全なコンタクトを保証する必要があります。
-
ゲートのリード線は、EMC に適合するように位置を決める必要があります。ゲート保
護回路は、半導体に近接した位置に配置します。
-
制御回路と負荷回路の間の絶縁を正しく調整する必要があります。これは、トリガー
回路とトリガー トランスをガルバニック分離する場合に特に重要です。
8.2 スタッドケース
8.2.1 スタッドケースの取り付け
スタッドケース付きのデバイスは、トルクレンチで留める必要があります。トルクレンチ
は、セラミック絶縁体を損傷しないように、ケースに向けて半径方向に配置します。個々
のデータシートに詳述されているトルク値は、+10%/-20%の許容範囲で守ります。
ネジ山が損傷した場合や穴の深さが不十分な場合、接触領域が接触しなくてもトルクが達
成される可能性があります。その場合、熱伝導はネジ山経由でのみ発生するので、デバイ
スが熱的過負荷になる可能性があります。
以下の注意事項は、無条件に考慮する必要があります。
-
ヒートシンクおよび絶縁体とスタッドケースとの接触領域が損傷していたり付着物が
あったりしてはいけません。
-
スタッドケースとヒートシンクの接触領域では平坦度のずれは 10μm 以内である必要
があります。ヒートシンクの表面粗さ Rz は、スタッド取り付けの場合、10μm を超え
てはいけません。
-
組み立て前に、接触領域は、適合する導電性熱伝導化合物（例：Klüber Wolfracoat
C）を約 50～100μm 塗布する必要があります。スタッドとヒートシンクの間に端子母
線がある場合、これも塗布する必要があります。
8.2.2 ヒートシンクの位置決め
強制空冷（F）の場合、必要な冷媒の量が守られている限りは、ヒートシンクのどの位置
でもスタッドケースを取り付けることができます。
自冷（S）の場合、ヒートシンクは、フィンと垂直に、冷却用空気が自由に通過できるよ
うな位置に取り付けます。
69
ヒートシンクは、地面および他の装置から十分離れた位置に取り付けます。
複数のヒートシンクを積み重ねて取り付ける場合、特に自冷の場合は、十分な隙間を残し
て、お互いの加熱効果を回避する必要があります。上方のヒートシンクについては、必要
に応じて、冷媒温度が高くなることを考慮する必要があります。
ヒートシンク上のコンポーネントが、トランスなど、他の装置やコンポーネントによって
加熱される場合、適宜それらの負荷を減らす必要があります。
ヒートシンクには電位が発生するので、絶縁して取り付けます。
8.2.3 母線の接続
以下の点に注意する必要があります。
-
引く力または押す力がコンポーネントに作用することはありません。
-
発生する機械的振動は接地または短絡を起こしません。
-
負荷電流が流れるコンポーネント、特に直接接続されているヒューズにより半導体が
追加で加熱されることは設計で回避しています。
-
フレキシブル リード線の最小曲げ半径を守る必要があります。
8.2.4 制御リード線の接続
8.1.4 節を参照してください。
8.3 フラットベース ケース
8.3.1 フラットベース デバイスの取り付け
必要なクランプ力は、付属の取付板によって加えられます。銅製またはアルミニウム製の
ヒートシンクを使用する場合、4 本のボルトは、ボルト径の 1.5 倍以上の深さまでネジ穴
にねじ込むことができる長さにします。取付板が接触面に平行になるように、取り付けボ
ルトを対角に少しずつ締め付けると、必要なクランプ力が得られます。
以下の注意事項は、無条件に考慮する必要があります。
-
ヒートシンクおよび絶縁体とフラットベース デバイスとの接触領域が損傷していたり
付着物があったりしてはいけません。
-
フラットベース デバイスとヒートシンクの接触領域では平坦度のずれは 10μm 以内で
ある必要があります。ヒートシンクの表面粗さ Rz は、フラットベース取り付けの場
合、10μm を超えてはいけません。
-
組み立て前に、接触領域は、適合する導電性熱伝導化合物（例：Klüber Wolfracoat
C）を約 50～100μm 塗布する必要があります。フラットベースとヒートシンクの間に
端子母線がある場合、これも塗布する必要があります。
70
8.3.2 ヒートシンクの位置決め
8.2.2 節も参照してください。
8.3.3 母線の接続
8.2.3 節も参照してください。
8.3.4 制御リード線の接続
8.1.4 節を参照してください。
8.4 PowerBLOCK-Module
8.4.1 PowerBLOCK-Module の取り付け
モジュールとヒートシンクの接触面が損傷していたり付着物があったりしてはいけません。
ヒートシンクの接触面は、平坦度と粗さ Rz の値（10μm）を超えてはいけません。取り付
け前に、接触面は、ヒートシンク接触面の条件に応じて、適合する熱伝導化合物（例：
DOW CORNING DC340）を約 50～100μm 塗布する必要があります。
任意の接触領域面の最大 0.5%には、指定されている粗さより大きい穴が存在してもかま
いません。
ただし、モジュールのベース プレートのニッケル層は損傷してはいけません。
すべての取り付けボルトを指定されているトルクで均一に締め付けます。
8.4.2 ヒートシンクの位置決め
強制空冷（F）と水冷（W）の場合、冷媒の量が守られている限りは、ヒートシンクのど
の位置でも PowerBLOCK-Module を取り付けることができます。
自冷（S）の場合、ヒートシンクは、フィンと垂直に、冷却用空気が自由に通過できるよ
うな位置に取り付けます。
ヒートシンクは、地面および他の装置から十分離れた位置に取り付けます。
複数のヒートシンクを積み重ねて取り付ける場合、特に自冷の場合は、十分な隙間を残し
て、お互いの加熱効果を回避する必要があります。上方のヒートシンクについては、必要
に応じて、冷媒温度が高くなることを考慮する必要があります。
同一ヒートシンク上で複数モジュールが直列接続されている場合、指定されている分離電
圧は、一般には十分ではありません。この構造形式は避けることを推奨します。
ヒートシンク上のモジュールが、トランスなど、他の装置やコンポーネントによって加熱
される場合、適宜それらの負荷を減らす必要があります。
ヒートシンク当たりのモジュール数を選択する際、モジュール間のクロス トークが発生
しないようにするか、または計算で考慮します。
71
8.4.3 母線の接続
以下の点に注意する必要があります。
-
引く力または押す力がモジュールに作用することはありません。
-
発生する機械的振動は接地または短絡を起こしません。
-
負荷電流が流れるコンポーネント、特に直接接続されているヒューズによりモジュー
ルが追加で加熱されることは設計で回避しています。
8.4.4 制御リード線の接続
8.1.4 節を参照してください。
9.保守
半導体コンポーネントであるサイリスターとダイオードは、保守する必要はほとんどあり
ません。ただし、それらの絶縁経路は、飛散または落下する水や汚染からは保護されてい
ません。絶縁性や熱伝導が影響を受けないように、コンポーネントと特にその絶縁経路、
およびヒートシンクを定期的に清掃します。
10.保管
納品されたディスクセルと PowerBLOCK-Module は、適切な条件下で少なくとも 2 年間
は出荷時の梱包のまま保管できます。それには、気候条件が IEC 60721-3-1 クラス 1K2
に適合している必要があります。
72
11.型式
ディスクセル
T
930
T
D
930
0
1
3
N
36
T
O
F
N
NH
K
S
SH
U
A
B
36
B
C
E
T
O
C
F
G
H
B01…n
S01…n
対称阻止サイリスター
ダイオード
最大平均オン状態電流（A）
ミディアム パワー セラミック ディスク
ハイパワー セラミック ディスク
光トリガー サイリスター（LTT：Light Triggered Thyristor）、
セラミック ハウジング
用途：
位相制御ダイオード、位相制御サイリスター
パルス電源ダイオード（ソフト リカバリー）、
LTT（ハイ ターンオン時 di/dt）
位相制御ダイオード、カソード オン ケース
（スタッドおよびフラットベース ハウジング）
高速ダイオード
高速ダイオード ソフト リカバリー - GCT、IGCT、および IGBT のフリーホ
イーリング ダイオード
高速ダイオード、カソード オン ケース（スタッドおよびフラットベース ハウ
ジングのみ）
アバランシェ ダイオード
アバランシェ ダイオード、カソード オン ケース（スタッドおよびフラット
ベース ハウジングのみ）
阻止電圧：
繰り返し順方向オフ状態および逆方向ピーク電圧（100V 単位）
36 = 3600V
設計：
スタッド ベース メートルねじ、ケーブル
スタッド ベース メートルねじ、ハンダ端子
フラットベース ハウジング、ケーブル
ディスクセル
ターンオフ時間：
無保証ターンオフ時間（データシートを参照）
臨界オフ状態電圧上昇率
500V/µs
1000V/µs
1500V/µs
2000V/µs
特殊タイプ：
構造バリアント
特別な電気的選択
73
PowerBLOCK-Module
TT
162
N
16
TT
DD
ND, DZ, TZ
TD, DT
K
O
F-K
PowerBLOCK-Module、サイリスター2 個
PowerBLOCK-Module、ダイオード 2 個
PowerBLOCK-Module、サイリスター1 個またはダイオード 1 個
PowerBLOCK-Module、サイリスター1 個およびダイオード 1 個
最大平均オン状態電流（A）
162
N
S
16
A
K
O
C
F
G
-K
-A
B01…n
S01…n
用途：
位相制御ダイオード、位相制御サイリスター
高速ダイオード
阻止電圧：
繰り返し順方向オフ状態および逆方向ピーク電圧（100V 単位）
16 = 1600V
設計：
PowerBLOCK-Module、アドバンスド ミディアム パワー テクノロジー
PowerBLOCK-Module
ターンオフ時間：
無保証ターンオフ時間（データシートを参照）
臨界オフ状態電圧上昇率：
500V/µs
1000V/µs
1500V/µs
接続タイプ：
共通カソード構造
共通アノード構造
特殊タイプ：
構造バリアント
特別な電気的選択
74
12.回路のトポロジー
誘導性フィルタリングによる理想
DIN 41761 に
よる回路トポ
ロジー
コンバーターの
トランスのコン
ポーネント側
AC 電圧接続の
ベクトル図
（VDE 0558 に
よる）
有効回路
電圧図
DC 電圧
WU の
AC 成分
AC 電圧
印加の
周波数
アーム
当たり
RMS 電圧
アーム
当たり
RMS 電流
%
Hz
U2RMS
I2RMS
121
50
2.22 *
Udi
1.57 *
Id
48
100
1.11 *
Udi
0.707 *
Id
48
100
1.11 *
Udi
Id
18
150
0.855 *
Udi
0.58 *
Id
4.2
300
0.74 *
Udi
0.408 *
Id
ダブル 3
パルス
スター接続
M3.2
M3.2C
4.2
300
0.855 *
Udi
0.289 *
Id
6 パルス
ブリッジ
接続
B6
B6C
4.2
300
0.427 *
Udi
0.82 *
Id
単一パルス
接続
M1
M1C
2 パルス
センター
タップ接続
M2
M2C
2 パルス
ブリッジ
接続
B2
B2C
3 パルス
スター接続
M3
M3C
6 パルス
スター接続
M6
M6C
逆並列接続
W1C
W3C
75
76
A1.略語
表6 略語
C
Cnull
E
Etot
f
f0
F
G
iD
iG
IA
IGD
iGM
IGT
IH
IL
iR
IRM
IRMS
IRMS(case)
iT/iF
ITAV/IFAV
ITAVM/IFAVM
ITINT/IFINT
ITM/IFM
IT(OV)/IF(0V)
IT(OV)M/IF(OV)M
IT(RC)M
ITRM/IFRM
ITRMSM/IFRMSM
ITSM/IFSM
∫i²dt
diG/dt
diT/dt
(diT/dt)cr
L
M
P
PD
PG
PR
PRQ
PRSM
PT/PF
PTAV/PFAV
PTT/PFT
PRQ
Ptot
Qr
R
rT
RthCA
RthCH
RthJA
RthJC
t
容量
ゼロ容量
エネルギー
トータル エネルギー
周波数
繰り返し周波数
クランプ力
重量
順方向オフ状態電流
ゲート電流
RMS オン状態電流
ゲート非トリガー電流
ピーク ゲート電流
ゲート トリガー電流
保持電流
ラッチング電流
逆電流
ピーク逆回復電流
RMS 電流
ピーク ケース非破壊電流
サイリスター/ダイオード オン状態電流（瞬時値）
サイリスター/ダイオード オン状態電流（平均値）
サイリスター/ダイオード最大平均オン状態電流
最大許容オン状態電流、断続使用
サイリスター/ダイオード オン状態電流（ピーク値）
最大許容オン状態電流、短期間使用
最大許容過負荷オン状態電流
最大許容ターンオン電流（スナバーから）
最大許容ピーク繰り返しオン状態電流
最大許容 RMS オン状態電流
最大定格オン状態サージ電流
最大定格値∫i²dt
ゲート電流上昇率
オン状態電流上昇率
臨界オン状態電流上昇率
インダクタンス
締め付けトルク
電力損失
順方向オフ状態電力損失
ゲート電力損失
逆方向電力損失
ターンオフ電力損失
サージ非繰り返し逆方向電力損失
サイリスター/ダイオード オン状態電力損失
サイリスター/ダイオード オン状態電力損失（平均値）
サイリスター/ダイオード ターンオン電力損失
ターンオフ電力損失
トータル電力損失
回復電荷量
抵抗
微分抵抗
ケース・冷媒間熱抵抗
ケース・ヒート シンク間熱抵抗
ジャンクション・冷媒間熱抵抗
ジャンクション・ケース間熱抵抗
時間
77
capacitance
zero capacitance
energy
total energy
frequency
repetition frequency
clamping force
weight
forward off-state current
gate current
RMS on-state current
gate non-trigger current
peak gate current
gate trigger current
holding current
latching current
reverse current
peak reverse recovery current
RMS current
peak case non-rupture current
on-state current thyristor/diode (instantaneous value)
on-state current thyristor/diode (average value)
maximum average on-state current thyristor/diode
maximum permissible on-state current in intermittent duty
on-state current thyristor/diode (peak value)
maximum permissible on-state current in short-time duty
maximum permissible overload on-state current
maximum permissible turn-on current (from snubber)
maximum permissible repetitive peak on-state current
maximum permissible RMS on-state current
maximum rated on-state surge current
maximum rated value ∫i²dt
rate of rise of gate current
rate of rise of on-state current
critical rate of rise of on-state current
inductance
tightening torque
power losses
forward off-state power losses
gate power losses
reverse power losses
turn-off power losses
surge non-repetitive reverse power losses
on-state power losses thyristor/diode
on-state power losses thyristor/diode (average value)
turn-on power losses thyristor/diode
turn-off power losses
total power losses
recovered charge
resistance
slope resistance
thermal resistance, case to coolant
thermal resistance, case to heat sink
thermal resistance, junction to coolant
thermal resistance, junction to case
time
T
TA
TC
tG
tgd
tfr
TH
tp
tq
trr
Tstg
Tvj
tvj max
Top
tW
VA
V(B0)
V(B0)0
VD
VDM
VD (DC)
VDRM
VDSM
VG
VGD
VGT
VFRM
VISOL
VL
VR
VRM
VR (DC)
VRM
VRRM
VRSM
VT/VF
V(T0)
dvD/dt
(dv/dt)cr
VL
VW
W
Wtot
Z(th)CA
Z(th)JA
Z(th)JC
θ
期間
冷媒温度
ケース温度
トリガーパルス幅
ゲート コントロールされた遅延時間
順方向回復時間
ヒートシンク温度
電流パルス幅（正弦）
回路転流されたターンオフ時間
逆回復時間
保存温度
ジャンクション温度
最高許容ジャンクション温度
動作温度
電流パルス幅（台形）
出力電圧
順方向ブレークオーバー電圧
順方向ブレークオーバー電圧、ゲート開
順方向オフ状態電圧（瞬時値）
順方向オフ状態電圧（ピーク値）
順方向 DC オフ状態電圧
最大許容ピーク繰り返し
順方向オフ状態電圧
最大許容ピーク非繰り返し
順方向オフ状態電圧
ゲート電圧
ゲート非トリガー電圧
ゲート トリガー電圧
順方向回復電圧
絶縁試験電圧
トリガーパルス生成器無負荷電圧
逆電圧（瞬時値）
逆電圧（ピーク値）
逆 DC 電圧
逆電圧（ピーク値）
最大許容ピーク繰り返し逆電圧
最大許容ピーク非繰り返し逆電圧
サイリスター/ダイオード オン状態電圧（瞬時値）
しきい値電圧
順方向オフ状態電圧の上昇率
臨界オフ状態電圧上昇率
空気量
水量
エネルギー
トータル エネルギー
ケース・冷媒間過渡熱インピーダンス
ジャンクション・冷媒間過渡熱インピーダンス
ジャンクション・ケース間過渡熱インピーダンス
電流導通角
period
coolant temperature
case temperature
trigger pulse duration
gate controlled delay time
forward recovery time
heatsink temperature
current pulse duration (sinusoidal)
circuit commutated turn-off time
reverse recovery time
storage temperature
junction temperature
maximum permissible junction temperature
operating temperature
current pulse duration (trapezoidal)
output voltage
forward breakover voltage
forward breakover voltage, gate open
forward off-state voltage (instantaneous value)
forward off-state voltage (peak value)
forward DC off-state voltage
maximum permissible repetitive peak
forward off-state voltage
maximum permissible non-repetitive peak
forward off-state voltage
gate voltage
gate non trigger voltage
gate trigger voltage
forward recovery voltage
insulation test voltage
no-load voltage of trigger pulse generator
reverse voltage (instantaneous value)
reverse voltage (peak value)
reverse DC voltage
reverse voltage (peak value)
maximum permissible repetitive peak reverse voltage
maximum permissible non-repetitive peak reverse voltage
on-state voltage thyristor/diode (instantaneous value)
threshold voltage
rate of rise of forward off-state voltage
critical rate of rise of off-state voltage
air quantity
water quantity
energy
total energy
transient thermal impedance, case to coolant
transient thermal impedance, junction to coolant
78
A2.図一覧
図 1：ダイオードの概略構造................................................................................................................................................................. 8
図 2 ダイオードの特性 .......................................................................................................................................................................... 8
図 3：サイリスターの概略構造 ............................................................................................................................................................. 9
図 4 サイリスターの特性....................................................................................................................................................................... 9
図 5 端子の指定................................................................................................................................................................................... 11
図 6 圧接コンポーネントの構造概念 ................................................................................................................................................... 12
図 7 オフ状態電流 iD,R(VDRM,RRM)（ID,R(VDRM,RRM; Tvj max)を基準とする）のジャンクション温度 Tvj（Tvj max を基準とする）に対する特性例
.................................................................................................................................................................................................. 14
図 8 オフ状態電圧発生の定義.............................................................................................................................................................. 14
図 9 ジャンクション温度 Tvj=25℃に対して正規化されたラッチング電流 IL と保持電流 lH の特性例 .................................................... 16
図 10 オン状態特性とそれに一致する等価直線近似の例 ..................................................................................................................... 17
図 11 最大過負荷オン状態電流 IT(OV)M、IF(OV)M（10ms および Tvj max のサージ電流 ITSM または IFSM に対する相対値）の 50Hz 半正弦波の数
に対する特性例 パラメーター：逆阻止電圧 VRM ...................................................................................................................... 18
図 12 最大過負荷オン状態電流 IT(OV)M、IF(OV)M（10ms および Tvj max のサージ電流 ITSM または IFSM に対する相対値）の複数の 50Hz 半正弦
波の時間 t に対する特性例パラメーター：逆阻止電圧 VRM ...................................................................................................... 19
図 13 値 òi2 dt（10ms）で正規化されている òi2 dt の半正弦波持続時間 tP に対する特性例 ................................................................ 20
図 14 制御特性 vG = f (iG)および VD = 12 V のトリガー領域 ................................................................................................................. 22
図 15 サイリスターのトリガー回路の概念 .......................................................................................................................................... 23
図 16 光ファイバー ケーブル付き LTT ................................................................................................................................................ 24
図 17 レーザーダイオード SPL PL 90 の光パワーの制御電流に対する特性例..................................................................................... 24
図 18 レーザーダイオード SPL PL90 に流す推奨電流パルス .............................................................................................................. 25
図 19 ゲート トリガー電流の安全なオーバードライブ........................................................................................................................ 26
図 20 ダイオードのターンオン プロセスの概略図............................................................................................................................... 26
図 21 サイリスターのターンオン プロセスの概略図 ........................................................................................................................... 27
図 22 ゲート コントロールされた遅延時間 tgd と最大ゲート電流 iGM の特性例 a）最大値 b）標準値................................................... 28
図 23 サイリスターとダイオードのターンオフ プロセスの概略図 ...................................................................................................... 30
図 24 Qr(Tvj max)に対して正規化された回復電荷量 Qr の Tvj 特性例 ......................................................................................................... 30
図 25 Qr(di/dt=10A/μs)に対して正規化された回復電荷量 Qr の di/dt に対する特性例 ........................................................................... 30
図 26 IRM(Tvj max)に対して正規化されたピーク逆回復電流 IRM の Tvj 特性例............................................................................................. 31
図 27 IRM(di/dt=10/μs)に対して正規化されたピーク逆回復電流 IRM の di/dt 特性例 ............................................................................... 31
図 28 サイリスターのターンオフ挙動の概略図 ................................................................................................................................... 33
図 29 Tvj max に対して正規化されたターンオフ時間 tq のジャンクション温度 Tvj に対する特性例 ........................................................ 33
図 30 -diT/dtnorm に対して正規化されたターンオフ時間 tq のオフ転流下降率-diT/dt に対する特性例 ..................................................... 34
図 31 dvD/dt = 20V/μs に対して正規化されたターンオフ時間 tq のオフ状態電圧上昇率 dvD/dt に対する特性例.................................... 34
図 32 ダイオードとサイリスターの熱等価回路 ................................................................................................................................... 38
図 33 vT/vF クラス定義の例 .................................................................................................................................................................. 44
図 34 並列接続のオン状態電圧が異なることによる電流のばらつき ................................................................................................... 45
図 35 直列接続の漏れ電流が異なることによる電圧のばらつき .......................................................................................................... 46
図 36 ターンオフ特性が異なることによる電圧のばらつき.................................................................................................................. 47
図 37 単一正弦波電流パルスによるパルス電源用に最適化されたサイリスターの安全動作領域（SOA）の概略図 ............................. 49
図 38 コンデンサー側にフリーホイーリング回路があるサイリスター スイッチ ................................................................................. 50
図 39 負荷側にフリーホイーリング回路があるサイリスター スイッチ ............................................................................................... 50
79
図 40 サイリスターの電流と電圧の波形.............................................................................................................................................. 50
図 41 サイリスターの RC スナバーの拡張例 ....................................................................................................................................... 53
図 42 AC コントローラーのスナバー回路 ........................................................................................................................................... 54
図 43 AC コントローラーの電流の計算 ............................................................................................................................................... 55
図 44 制御整流器の AC 側の複合スナバー........................................................................................................................................... 55
図 45 他の保護オプションとエネルギーを消費する過電圧.................................................................................................................. 58
図 46 超高速ヒューズのターンオフ特性.............................................................................................................................................. 60
図 47 さまざまなインダクタンスが直列接続されているサイリスターのターンオン電流の進行の概念図 ........................................... 62
図 48 サイリスターのゲート保護の例 ................................................................................................................................................. 63
図 49 ディスクセルの標準のクランプ配置 .......................................................................................................................................... 65
図 50 ディスクセルの標準のクランプ配置（V176） ........................................................................................................................... 65
図 51 RthJC のクランプ力 F に対する特性例 ......................................................................................................................................... 66
80
A3. 表一覧
表 1 位相角制御条件のフォーム ファクター........................................................................................................................................ 36
表 2 主電源用途での個々のスナバーの RC スナバー ........................................................................................................................... 52
表 3 コンバーター回路の等価値 .......................................................................................................................................................... 52
表 4 制御三相ブリッジの AC 側の複合スナバーのコンポーネント ...................................................................................................... 56
表 5 分岐（アーム）電流と相電流の計算 ............................................................................................................................................ 60
表 6 略語 ............................................................................................................................................................................................. 77
81
A4. 使用条件
本技術情報に記載されているデータは、技術的な教育を受けたスタッフ向けです。お客様
または貴社の技術部門で、意図するアプリケーションに対する製品の適合性および提供さ
れている製品データのアプリケーションに対して、適切に使われているかどうかを評価し
ていただく必要があります。
このアプリケーションノートは、製品またはその特性に対しての保証を提供するものでは
ありません。
特定用途または製品使用に関して、本技術情報の内容以外の製品情報を必要とする場合は、
お客様の地域の販売代理店までお問い合わせください（www.Infineon.com の代理店一覧
をご覧ください）。興味を持たれたお客様には、製品のデータシートおよびアプリケー
ション ノートを提供できます。
技術要件により、弊社の製品に、健康に危険をもたらす可能性がある物質が含まれる可能
性があります。特定の製品に含まれる物質に関する情報についても、お客様の地域の販売
代理店までお問い合わせください。
製品を航空用途で使用する場合、または健康または生命が危険にさらされる用途または生
命維持で使用する場合は、インフィニオンテクノロジーズジャパン 株式会社までお問い
合わせください。
そのような用途では以下のことを強く推奨します。
-
連携してリスクと品質の評価を実行すること
-
品質保証契約書を作成すること
-
継続的に製品を監視するための共通手段を確立すること（そのような手段に応じて製
品出荷の判断をさせていただく場合があります）
必要であれば、必要な限度において、同等の告知をお客様の顧客にも送付してください。
弊社は、本技術情報を変更する権利を保留しています。
82
メモ
83
ソフト スターターおよび電源向けの
600A/9.5kV サイリスター テクノロジー
9.5kV サイリスター ディスクは、中電圧ソフト スターターの特殊要件および中電圧電源
用途向けに開発および設計されています。
これらの用途では、複数のサイリスターを直列接続して使用する必要があります。あらゆ
る動作条件下で卓越した分圧状態を実現するように最適化されています。
このデバイスは、高サージ電流能力を持つように設計されています。動的パラメーターの
変動幅が狭いことを保証して、直列接続するデバイスの数が少ない最適なコスト設計を実
現するために、このタイプには最先端技術による生産工程を使用します。
もちろん、このサイリスターは、電源や標準の電気駆動などの汎用線間電圧整流器の用途
に適しています。
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いつでもどこでも必要なときに。
Infineon Technologies AG は、代表電話として年中無休の無料（0800/4001）サービス ホットラインを英語、
標準中国語、およびドイツ語で提供しています。
弊社のグローバル接続サービスは、標準の交換サービスをはるかに超える適格なサポートを電話で提供しま
す。お電話をお待ちしています。
-
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インド ................................000 800 4402 951 （英語）
米国 ...................................1-866 951 9519 （英語/ドイツ語）
その他 countries ................00* 800 951 951 951 （英語/ドイツ語）
直接アクセス .....................+49 89 234-0 （有料、ドイツ語/英語）
* 注）
一部の国では、この国際番号にかけるために"00"以外のコードをダイヤルする必要があります。お住まいの国
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59581 Warstein
Tel. +49 (0) 2902 98 99-0
Fax +49 (0) 2902 98 99-2482
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日付：2012 年 4 月
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かなる種類の責任（いかなる第三者の知的
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る型式については、最寄りの Infineon
Technologies AG のオフィスまでお問い合
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またはシステムで使用することは、かかる
コンポーネントの故障が、その生命維持用
のデバイスまたはシステムの故障を引き起
こすことまたはその生命維持用のデバイス
またはシステムの安全性または有効性に影
響を及ぼすことが合理的に予想できる場合
は、Infineon Technologies AG の書面によ
る明示的な承認がある場合に限り許可され
ます。生命維持用のデバイスまたはシステ
ムは、人体に埋め込むことまたは人命を維
持または保護することを目的としていま
す。故障した場合、ユーザーまたは他の
人々の健康が危険に晒される可能性がある
と仮定するのは妥当です。