FUJI ELECTRIC EN_07,MT5F43750a Discrete Igbt Modules

Spesifikasi

• Product Name: Discrete IGBT Application Manual
• Model Number: MT5F43750a
• Tanggal rilis: 2025 Desember

Petunjuk Penggunaan Produk

1. Kondisi dan Karakteristik Utama Penggerak Gerbang IGBT
   Table 7-1 provides information on the relationship between gate drive conditions and main characteristics of the IGBT. It is crucial to set the VGE and RG values according to the equipment’s design goal.
2. Gate Forward Bias Voltage +VGE (Status Aktif)
   The recommended value for +VGE is +15V. Higher -VGE results in a shorter turn-off switching time.
3. Gate Resistance RG
   The RG value listed in the product datasheets minimizes switching losses within the absolute maximum ratings. Adjust RG based on circuit and operating conditions. Minimize stray inductance to reduce surge voltage during IGBT turn-off and FWD reverse recovery.

PETUNJUK KESELAMATAN

This manual contains the product specifications, characteristics, data, materials, and structures as of December 2025.
Konten dapat berubah tanpa pemberitahuan karena perubahan spesifikasi atau alasan lainnya. Saat menggunakan produk yang tercantum dalam manual ini, pastikan untuk mendapatkan spesifikasi terbaru.
Fuji Electric Co., Ltd. terus berupaya keras untuk meningkatkan kualitas dan keandalan produk. Namun, pada beberapa kejadian langka, produk semikonduktor dapat mengalami kegagalan atau malfungsi. Untuk mencegah kecelakaan yang menyebabkan cedera atau kematian, kerusakan properti seperti kebakaran, dan kerugian sosial lainnya yang diakibatkan oleh kegagalan atau malfungsi produk semikonduktor Fuji Electric Co., Ltd., ambil langkah-langkah untuk memastikan keselamatan seperti desain yang berlebihan, desain pencegahan penyebaran api, dan desain pencegahan malfungsi.
Konten yang dijelaskan dalam spesifikasi ini tidak pernah memastikan penegakan hak kekayaan industri dan hak-hak lainnya, atau melisensikan hak penegakan.
Produk yang dijelaskan dalam spesifikasi ini tidak dirancang atau dibuat untuk diaplikasikan pada peralatan atau sistem yang digunakan dalam situasi yang mengancam jiwa. Bila Anda mempertimbangkan untuk mengaplikasikan produk dari spesifikasi ini untuk penggunaan tertentu, seperti unit yang dipasang di kendaraan, peralatan di atas kapal, peralatan kedirgantaraan, perangkat medis, sistem kendali atom, dan peralatan atau sistem relai kapal selam, Fuji Electric tidak bertanggung jawab atas penerapannya.
The data and other information contained in this specification are guaranteed for the product, but do not guarantee the characteristics and quality of the equipment applying this product. When using this product, please evaluate it in the application in which it will be used, and then judge its applicability at user’s own risk. Fuji Electric is not responsible for the applicability.

Karakteristik Utama

Tabel 7-1 menunjukkan hubungan umum antara kondisi penggerak gerbang dan karakteristik utama IGBT. Karena karakteristik utama IGBT berubah tergantung pada VGE dan RG, maka perlu untuk mengaturnya sesuai dengan tujuan desain peralatan.

Bias maju gerbang voltage +VGE (Status Aktif)
Nilai yang disarankan untuk +VGE adalah +15V. Catatan saat merancang +VGE ditunjukkan sebagai berikut.

• Atur +VGE sehingga tetap di bawah nilai vol GE maksimumtage dari ± 20V.
• Disarankan untuk menyediakan voltagFluktuasi dijaga dalam ±10%.
• VCE(sat) berbanding terbalik dengan +VGE, jadi makin tinggi +VGE makin kecil VCE(sat).
• Semakin tinggi +VGE, semakin pendek waktu penyalaan (semakin kecil kehilangan penyalaan).
• Semakin tinggi +VGE, semakin besar gelombang pemulihan balik FWD lengan lawan.tage.
• Bahkan saat IGBT dalam kondisi mati, mungkin terjadi malfungsi akibat dv/dt selama pemulihan balik FWD, yang menyebabkan arus hubung singkat berdenyut mengalir dan mengakibatkan panas yang berlebihan. Dalam kasus terburuk, modul mungkin rusak. Fenomena ini disebut dv/dt shoot-through dan lebih mungkin terjadi saat +VGE lebih tinggi.
• Semakin tinggi +VGE, semakin tinggi arus saturasi.

Gerbang bias balik voltage-VGE (kondisi mati)
The recommended value for -VGE is –5 to -15V. Notes when designing -VGE are shown as follows.

• Atur -VGE agar tetap di bawah nilai vol GE maksimumtage dari ± 20V.
• Disarankan untuk menyediakan voltagFluktuasi dijaga dalam ±10%.
• Karakteristik mati-hidup IGBT bergantung pada -VGE, terutama karakteristik bagian tempat IC arus kolektor mulai mati sangat bergantung pada -VGE. Oleh karena itu, semakin tinggi -VGE, semakin pendek waktu penyalaan mati-hidup (kehilangan mati-hidup yang lebih kecil).

Resistensi gerbang RG
RG yang tercantum dalam lembar data produk adalah nilai yang meminimalkan kerugian pengalihan dalam peringkat maksimum absolut di bawah lingkungan pengukuran Fuji. Dengan demikian, RG harus diubah dengan tepat sesuai dengan kondisi sirkuit dan pengoperasian. Catatan saat merancang RG ditunjukkan sebagai berikut.

• Karakteristik switching dari turn-on dan turn-off bergantung pada nilai RG. Semakin besar RG, semakin lama waktu switching dan semakin besar pula kerugian switching. Di sisi lain, meskipun umumnya lonjakan tegangantage selama peralihan mati berkurang saat RG meningkat, lonjakan voltage dapat meningkat seiring dengan peningkatan RG tergantung pada struktur perangkat. Lihat dokumen teknis untuk detailnya. Dokumen teknis tersedia untuk setiap seri IGBT dan vol.tagpenilaian.
• Makin besar RG, semakin kecil kemungkinan terjadinya dv/dt shoot-through.
• Berbagai karakteristik switching sangat bervariasi karena induktansi liar di sirkuit. Secara khusus, lonjakan voltage selama IGBT turn-off dan FWD reverse recovery sangat dipengaruhi oleh induktansi liar. Oleh karena itu, minimalkan induktansi liar saat merancang RG.

Pilih kondisi penggerak gerbang yang paling sesuai dengan memperhatikan poin-poin di atas.

Penanggulangan terhadap dv/dt yang menyebabkan false turn-on

In this section, we explain the mechanism by which the IGBT can undergo a gate false turn-on due to the dv/dt generated during the FWD’s reverse recovery, and the countermeasures.
Fig. 7-1 shows the principle of dv/dt induced false turn-on. In this figure, it is assumed that IGBT1 transition from off state to on state, and VGE of IGBT2 is reverse biased. In this condition, when IGBT1 turns on, reverse recovery of FWD2 happens. At the same time, the voltage di IGBT2 (FWD2) meningkat, menghasilkan dv/dt sesuai dengan penyalaan IGBT1. Karena IGBT1 dan IGBT2 memiliki kapasitansi umpan balik Cres, arus I=Cres x dv/dt mengalir melalui Cres. VGE dari IGBT2 meningkat saat arus ini mengalir melalui RG. Ketika VGE melebihi jumlah vol bias terbaliktage dan gerbang ambang voltage VGE(th) dari IGBT2, IGBT2 dihidupkan, mengakibatkan hubungan pendek IGBT1 dan IGBT2.

Berdasarkan prinsip ini, tindakan penanggulangan ditunjukkan pada Gambar 7-2. Ada tiga metode, yaitu (a) menambahkan CGE untuk menekan kenaikan sementara VGE, (b) meningkatkan -VGE untuk menurunkan nilai puncak sementara VGE, dan (c) meningkatkan RG untuk menurunkan dv/dt. Efektivitas tindakan penanggulangan ini bervariasi tergantung pada rangkaian penggerak gerbang, jadi pastikan untuk mengevaluasinya secara menyeluruh. Perhatikan bahwa tindakan penanggulangan ini juga memengaruhi rugi pengalihan, jadi pastikan untuk mempertimbangkannya juga.
The aim of adding CGE is to reduce the current flowing through RG by bypassing to CGE. However, by adding CGE, it is necessary to charge this CGE when driving the gate, which reduces the switching speed and increase the switching loss. This can be adjusted by lowering the RG value. In other words, by selecting an appropriate combination of CGE and RG, it is possible to avoid dv/dt induced false turn-on without increasing kerugian switching. Sebagai panduan, nilai CGE yang direkomendasikan sekitar dua kali nilai Cies yang tertera pada lembar data, dan nilai RG yang direkomendasikan sekitar setengah dari nilai sebelum menambahkan CGE. Hubungkan CGE sedekat mungkin ke terminal GE. Konfirmasikan pemilihan CGE dan RG dengan evaluasi aktual.

Drive Saat Ini

Karena IGBT memiliki struktur gerbang MOS, arus penggerak diperlukan untuk mengisi dan melepaskan gerbang ini selama pengalihan. Gambar 7-3 menunjukkan karakteristik muatan gerbang (input dinamis). Karakteristik muatan gerbang menunjukkan jumlah muatan yang diperlukan untuk menggerakkan IGBT dan dapat digunakan untuk menghitung arus penggerak rata-rata dan daya penggerak. Gambar 7-4 menunjukkan skema rangkaian penggerak gerbang, serta vol gerbangtage VGE dan bentuk gelombang arus penggerak IG. Prinsip rangkaian penggerak gerbang adalah mengganti secara bergantian antara catu daya bias maju dan bias mundur menggunakan sakelar S1 dan S2. Selama pengalihan, arus penggerak digunakan untuk mengisi dan melepaskan muatan gerbang. Area (yang diarsir) di bawah bentuk gelombang arus penggerak pada Gambar 7-4 sama dengan muatan gerbang yang ditunjukkan pada Gambar 7-3.

The drive current peak value IGP can be approximately calculated as follows.

Internal gate resistance rg differs for each product. Thus, refer to the datasheet of each product.
On the other hand, the average value of the drive current IG can be calculated by the following formula using the gate charge characteristics (Fig.7-3).
Lebih jauh lagi, jika semua rugi daya rangkaian penggerak gerbang dikonsumsi oleh RG, daya penggerak Pd yang diperlukan untuk menggerakkan IGBT ditunjukkan oleh rumus berikut.
Therefore, it is necessary to select RG with proper power rating according to Pd.
Be sure to design the gate drive circuit so that the above-mentioned drive current and drive power can be properly supplied.

Mengatur Waktu Mati

Pada rangkaian inverter, dsb., perlu untuk mengatur penundaan waktu on-off (dead time) guna mencegah hubungan arus pendek antara lengan atas dan bawah. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7-5, baik lengan atas maupun bawah berada dalam kondisi off selama dead time.
Pada dasarnya, waktu mati perlu diatur lebih lama dari waktu switching IGBT (toff maks.). Misalnyaample, if RG is increased, switching time also becomes longer, so the dead time must be increased as well. Also, it is necessary to consider other drive conditions and temperature characteristics. If the dead time is too short, short circuit between the upper and lower arms may occur, and the heat generated by the short circuit current may destroy the module. A dead time of 3μsec or more is recommended for IGBT modules. Check if the dead time is sufficient by doing actual evaluation.
Salah satu cara untuk mengetahui apakah pengaturan waktu mati sudah mencukupi adalah dengan memeriksa arus pada saluran listrik DC pada kondisi tanpa beban.
Dalam kasus inverter 3 fase, atur keluaran inverter (U, V, W) untuk terbuka, terapkan sinyal masukan normal, dan ukur arus saluran listrik DC seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7-6. Bahkan jika waktu mati cukup, arus pulsa yang sangat kecil (arus dv/dt melalui kapasitansi keluaran perangkat: sekitar 5% dari arus pengenal) akan diamati. Namun, jika waktu mati tidak cukup, arus hubung singkat yang besar akan diamati. Dalam kasus ini, tingkatkan waktu mati hingga arus hubung singkat menghilang. Disarankan untuk melakukan pengujian ini pada suhu tinggi karena waktu mati lebih lama. Arus hubung singkat juga meningkat jika bias balik gerbang voltage -VGE is insufficient (refer to Chapter 4, section 3.2). Increase -VGE if increasing the dead time does not reduce the short circuit current. -VGE of 5V and above is recommended.

ExampRangkaian Penggerak Gerbang

Pada rangkaian inverter, dsb., perlu dilakukan isolasi elektrik antara rangkaian utama dan rangkaian kontrol. Gambar 7-7 menunjukkan contohample dari rangkaian penggerak gerbang menggunakan optocoupler kecepatan tinggi. Dengan menggunakan optocoupler, sinyal input dan modul diisolasi secara elektrik satu sama lain. Selain itu, karena optocoupler tidak membatasi lebar pulsa output, optocoupler cocok untuk aplikasi di mana lebar pulsa sinyal bervariasi dalam rentang yang luas, seperti kontrol PWM, dan merupakan yang paling banyak digunakan.
In addition, turn-on and turn-off gate resistors can be used separately.
Furthermore, there is also a signal isolation method using a pulse transformer. This method can simplify the circuit because both the signal as well as the gate drive power can be supplied simultaneously from the signal side. However, this method have limitations such as a maximum duty ratio of 50%, and reverse bias cannot be set.

Tindakan pencegahan untuk desain sirkuit penggerak gerbang

Ketahanan terhadap kebisingan optocoupler

As IGBTs are high speed switching devices, it is necessary to select optocoupler for gate drive circuit that has high noise ruggedness. Also, to prevent malfunctions, make sure that the wiring from the optocoupler primary side and secondary side do not cross. Furthermore, in order to make full use of the IGBT high speed switching capability, using optocoupler with a short signal transmission delay is recommended.

Wiring between gate drive circuit and IGBT

Jika kabel antara rangkaian penggerak gerbang dan IGBT panjang, IGBT dapat mengalami malfungsi karena osilasi sinyal gerbang atau gangguan yang ditimbulkan. Berikut ini adalah tindakan pencegahannya.

• Buat rangkaian kabel penggerak gerbang sependek mungkin, dan gunakan kabel berpasangan terpilin untuk kabel gerbang dan emitor.
• Tingkatkan RG. Namun, perhatikan peningkatan waktu switching dan kerugian switching.
• Pisahkan rangkaian penggerak gerbang dan kabel rangkaian utama sejauh mungkin. Jika kabel saling tumpang tindih, rancang tata letaknya sehingga saling bersilangan (untuk menghindari induksi bersama).

*1 About RGE
IGBT dapat dihancurkan jika voltage is applied to the main circuit when the gate drive circuit is malfunctioned or not fully operating (gate in open state). In order to prevent this, it is recommended to connect a resistor RGE of about 10kΩ between G-E (refer to Fig. 7-8).
Saat menyalakan, pertama-tama nyalakan catu daya rangkaian penggerak gerbang. Nyalakan catu daya rangkaian utama saat rangkaian penggerak gerbang beroperasi penuh.

Gerbang kelebihan bebantagperlindungan e

Modul IGBT, seperti perangkat MOS lainnya, perlu dilindungi secara memadai terhadap listrik statis. Vol maksimum absolut yang dinilai GEtage adalah ±20V. Jika ada kemungkinan voltagJika melebihi ini dapat diterapkan pada GE, tindakan perlindungan seperti menghubungkan dioda Zenner antara GE diperlukan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7-9.

Tanya Jawab Umum

Q: Can the product be used in life-threatening situations or critical applications?

A: The product described in the manual is not designed for applications under life-threatening situations such as vehicle-mounted units, aerospace equipment, medical devices, etc. The user assumes the risk when applying the product to specific uses outside the recommended scope.

Q: Are the characteristics and quality of the equipment guaranteed when using this product?

A: The data and information provided guarantee the product itself but do not ensure the characteristics and quality of the equipment where it is applied. Users should evaluate the product's applicability in their specific application at their own risk.

Dokumen / Sumber Daya

FUJI ELECTRIC EN_07,MT5F43750a Discrete Igbt Modules [Bahasa Indonesia:] Panduan Pengguna MT5F43750a, EN_07, Discrete Igbt Modules, Discrete Igbt Modules, Igbt Modules, Modules

Referensi

• Panduan Pengguna