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SiC素子のスイッチング損失を約40%低減

 モーターを駆動するインバーターの高効率化や小型化に寄与する技術としては、例えば、インバーターに使うSiC素子のスイッチング損失を従来の約40%低減する技術を紹介した。

 SiCのスイッチング素子は、Si(ケイ素)のスイッチング素子に比べて、スイッチング抵抗が数分の1と小さく、電子飽和速度が約2倍以上と速いことから高周波動作が可能で、200度以上と高温でも動作する。そのため、素子の電力損失を減らせる上、スイッチングの高周波数化によってスイッチング1回当たりの電荷量を減らしてインダクターやコンデンサーなどの周辺回路を小型化したり、冷却機器を小型化したりできるという利点がある。しかし、スイッチング時にゲート電圧を急峻に変化させるとサージ電圧が上がって、SiC素子の耐圧を上げなければならないことから、従来はスイッチング時のゲート電圧の変化を緩やかに抑えていた。ただ、そうするとスイッチング1回当たりの時間が長引くため、スイッチング損失が大きくなるといった欠点があった。

 そこで三菱電機が考え出したのが、ゲート電圧を100nsecという非常に短い時間に高い方から低い方に変化させることである。それにより、スイッチングの時間を短縮しながら、サージ電圧を低減できるようにした(図4)。

スイッチング損失を最大約40%減らせるSiC素子の駆動技術
スイッチング損失を最大約40%減らせるSiC素子の駆動技術
スイッチングのために印加するベース電圧を一定ではなく徐々に減らすことでスイッチングを急峻にしながらサージ電圧を抑える。出所:三菱電機
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 同社によれば、同技術を用いたインバーターを既に試作済みで、その体積は従来品の半分以下、同電流密度は86kVA/Lとする(図2)。製品化はまだだが、既ゲートをコントロールする回路の量産準備はできているという。