メディア
パワーエレクトロニクス最前線 特集
連載
» 2019年09月30日 09時30分 公開

福田昭のデバイス通信(203) 2019年度版実装技術ロードマップ(14):SiCパワーデバイスがモビリティの電動化を加速 (2/2)

[福田昭,EE Times Japan]
前のページへ 1|2       

Siパワーデバイスの限界を超えるSiCパワーデバイス

 パワーデバイスの半導体材料にはこれまで、主にシリコン(Si)が使われてきた。最近になってパワーデバイスの半導体材料として研究開発が活発になり、実用化されているのが、シリコンカーバイド(SiC)である。SiCは絶縁破壊に対する電界強度がSiよりも10倍と高い。またSiCのエネルギーバンドギャップはSiの3倍と広い。このため、SiCデバイスはSiデバイスに比べると、耐圧が高く、低い抵抗で高速動作し、さらには高温で動作するという特長を備える。

 SiCのパワーデバイスはすでに、家電用、産業用、自動車用、鉄道用、電力用で実用化が進んでいる。今後は、航空用にも適用が進むと期待される。

SiCパワーデバイスの応用分野。縦軸は電力容量、横軸は電圧。出典:JEITA

 例えば電動化した自動車向けでは、SiのパワーモジュールをSiCのパワーモジュールに置き換えることで、電力損失が3割と大幅に減少する。またハイブリッド自動車のパワーコントロールユニット(PCU)の体積を5分の1に小型化することや、燃料消費率(燃費)を10%高めることが期待されている。

 さらに、電車のVVVF(Variable Voltage Variable Frequency)インバーターでは、スイッチング素子をSiデバイス(SiのIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)とSiダイオード)からSiCデバイス(SiCのMOSトランジスタとSiCショットキーバリアダイオード)に変更することで、インバータにおける電力損失を45%に減らすとともに、インバーターの大きさと重量を35%に小型、軽量化できている。

電車のVVVFインバーターにおける損失の比較。左はSiのIGBTとダイオードをスイッチング素子としたもの。中央はダイオードをSiからSiCに変更したもの。右はIGBTをSiCのMOSトランジスタに変更するとともに、ダイオードをSiCに変更したもの。出典:JEITA

(次回に続く)

「福田昭のデバイス通信」連載バックナンバー一覧

前のページへ 1|2       

Copyright © ITmedia, Inc. All Rights Reserved.

RSSフィード

公式SNS

All material on this site Copyright © ITmedia, Inc. All Rights Reserved.
This site contains articles under license from AspenCore LLC.