IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)는?

전력용 반도체 중의 하나인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)는 주로 300V 이상의 전압 영역에서 널리 사용되고 있으며, 고효율, 고속의 전력 시스템에 특히 많이 사용되고 있습니다. 1970년대에 전력용 MOS FET가 개발된 이후 전력용 스위치는 중전압 이하, 고속의 스위칭이 요구되는 범위에서는 MOS FET가, 중~고압에서 대량의 전류도통이 요구되는 범위에서는 바이폴러 트랜지스터나 SCR, GTO등이 사용되어 왔습니다. 1980년대 초에 개발된 IGBT는 출력 특성면에서는 바이폴러 트랜지스터 이상의 전류 능력을 지니고 있고, 입력 특성면에서는 MOS FET와 같이 게이트 구동 특성을 가지고 있습니다. 따라서 IGBT는 MOS FET와 바이폴러 트랜지스터의 대체 소자로서 뿐만 아니라 새로운 분야도 점차 사용이 확대되고 있습니다.

IGBT의 특징

MOS는 고내압화 하면 온(On) 저항이 급속히 커지는 문제가 있어서 200V 정도가 실용의 한계로 보고 있는 반면 IGBT는 MOS에 비해 온 저항이 낮지만 MOS와 동등의 전압제어 특성을 지니고 있으며 또한 스위칭 특성에서는 MOS보다는 늦지만 바이폴러 트랜지스터나 GTO보다 빠른 이점으로 중소용량의 인버터를 중심으로 산업용에서부터 일반 가정용에까지 폭 넓게 사용될 수 있습니다.

IGBT의 적용분야

IGBT의 기본적인 특성은 적용 시스템의 전압에 따른 소자 내압(Breakdown voltage)를 기본으로 하여     1) 도통 상태의 소자 전압 강하(On-state voltage drop)인 VCE(sat)에 의해 결정되는 정특성 2) IGBT의 On/Off 스위칭 속도에 의해 결정되는 동특성 3) 단락회로 견고성   등으로 나뉘어 질 수 있습니다. 이들 관계는 상호 Trade-off관계를 가지고 있습니다. 즉, 일반적으로 낮은 VCE(sat)를 갖는 IGBT는 스위칭 오프 손실이 크고, 높은 VCE(sat)의 IGBT는 스위치 오프 손실이 작은 관계를 가지고 있습니다. 따라서 IGBT는 적용 시스템의 동작 주파수에 따라 적절히 선택되어야 합니다. 400V급 IGBT의 경우 디지털카메라의 스트로브에 적용되는 대전류, 저속의 트랜치 IGBT와 자동차 엔진 점화장치에 사용되는 점화 IGBT등이 있습니다. 600V급의 경우, 110V 전원을 사용하는 산업용 및 일반용 모터 구동용 인버터, 공진 인버터, UPS, SMPS등에 적용되는 단락 회로 정격 IGBT 및 고속 스위칭 IGBT등이 있습니다. 1200V급 IGBT의 경우 220V 3상 전원을 사용하는 용도에 주로 사용되는데, 산업용 모터 구동 인버터에는 모듈 형의 IGBT, 공진 인버터에는 단품 패키지 형태의 IGBT가 주로 사용됩니다. 이 외에도 전동차 구동용, FA, 직류 송전 등에 2500 ~ 6000V급의 IGBT가 적용되고 있습니다.