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性能と効率の向上を目指した第3世代SiC MOSFETを電源設計に適用する方法 (Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)
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性能と効率の向上を目指した第3世代SiC MOSFETを電源設計に適用する方法 (Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介) |
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「アプリケーションラボ」は、Digi-Key社のご協力をいただいて、Digi-Key社が公開している新製品や技術情報を日本語でご紹介するWebページです。基礎技術から最新技術まで有益な情報を公開していますので、是非ご活用ください。 今回は、現在最も注目されている電気自動車やエネルギー貯蔵システムなどに不可欠なSiC(シリコンカーバイド)MOSFETについて解説した記事をご紹介します。 ■性能と効率の向上を目指した第3世代SiC MOSFETを電源設計に適用する方法 パワー半導体は、モータの駆動やAC/DCコンバータ、DC/DCインバータなどに使用される高い電圧や大電流で動作する半導体です。電気自動車(EV)の普及や環境発電の要求などにより、今後ますますパワー半導体が重要になると考えられています。 パワー半導体はスイッチングデバイスとして使用されるので、スイッチング速度が速いこととドレイン-ソース間のオン抵抗が小さいことが特に重要です。そのため、半導体の材料といえばシリコン(Si)が一般的ですが、パワー半導体にはSiCやGaN(窒化ガリウム)などのワイドバンドギャップ半導体が適しています。 特にSiCは、Siに対して次のような利点があります。
SiCは、上記のような利点をもっていますが、実用化するには様々な問題を克服する必要がありました。例えば、第1世代のSiCは信頼性の問題で普及しませんでした。パワーMOSFETの電源とドレインの間にできるPNダイオードに電圧がかかると通電してオン抵抗が変化し、デバイスの信頼性が低下します。このPNダイオードは、MOSFETの構造上で形成されるものでボディダイオードと呼ばれます。 そこで、第2世代のSiCでは、PNダイオードと並列にショットキーバリアダイオード(SBD)を配置しました。SBDはオン状態の電圧がPNダイオードよりも低いため電流はSBDを流れ、PNダイオードの通電を防止することができます。ただし、これにより信頼性は向上しましたが、オン抵抗とスイッチング速度が犠牲になりました。そのためチップ面積を広くすることで実用化されましたが、コストアップが避けられませんでした。  東芝のSiC MOSFETの構造(左：第2世代、右：第3世代) 【アプリケーションラボ】の解説記事では、SiC MOSFETの特徴とSiC MOSFETを使用するメリット、SiC MOSFETが第1世代から第3世代までどのように改善が進められたかを詳しく解説しています。そして、東芝のTWxxxN65C / TWxxxN120Cファミリの仕様を紹介しています。 例えば、TW015N65Cは、耐圧650Vで100Aおよび342W定格のNチャンネルデバイスです。入力容量が4,850pF、ゲート入力電荷は128nCと低く、オン抵抗はわずか15mΩです。デバイス名から、オン抵抗と耐圧がわかります。 ここで解説されているデバイスは、マルツオンラインのウェブサイトで購入できますので、是非参考にしてください。
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| ▼ デジタル制御信号回路の製作 【LP23：制御回路】 インターフェイス回路をデジタル素子で構築しています。 信号線に関しては、ノイズ対策を実施し、安定稼働に努めました。 基板サイズは、422.6ｍｍX331mm です。 資料のダウンロードはこちらから。 回路設計に関するご相談・お見積りは無料です。こちらからお気軽にお問合せください。 |
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