システムの小型化と高速化を実現するパワーチップ

新しいパワーデバイスは、アーキテクチャを簡素化し、コストを削減し、既存のアプローチを置き換えることにより、高電圧システムの設計方法を変える可能性があります。

Wolfspeed は、業界初の市販 10 kV 炭化ケイ素 (SiC) パワー MOSFET を発表しました。これは高電圧システムを対象としており、より柔軟なシステム設計を可能にし、耐久性を向上させ、グリッド インフラストラクチャ、産業電化、AI データ センターなどのアプリケーション向けに信頼性が高く持続可能な電力をサポートします。このデバイスは、重要な電力インフラを最新化し、増大するエネルギー需要をサポートする道を提供することで、既存の電力変換アプローチに挑戦します。

デバイス レベルでは、耐久性とパフォーマンスの新しいベンチマークを設定します。固有時間依存絶縁破壊 (TDDB) 寿命解析では、連続 20 V ゲート バイアスで 158,000 年の動作が予測されます。また、中電圧 UPS システム、風力発電、ソリッドステート変圧器アプリケーションの重要な要件であるボディ ダイオード動作を含む信頼性の高い性能を維持しながら、バイポーラ劣化に対処する初の 10 kV SiC MOSFET でもあります。

高電圧機能はシステム設計に直接影響します。これにより、以前は不可能だったアーキテクチャの自由度が可能になり、電力変換システムの簡素化が可能になります。マルチセル設計を組み合わせてより少ないセルにすることができ、3 レベルのインバータ トポロジを 2 レベルの設計に移行できます。これらの変更により、システム全体のコストが約 30% 削減されます。

スイッチングのパフォーマンスにより、システムの効率とサイズも向上します。スイッチング周波数を 600 Hz から 10,000 Hz に高めることにより、電力密度は 300% 以上向上します。これにより、磁気回路のサイズが縮小され、制御回路とゲート駆動回路が簡素化されます。

熱パフォーマンスもシステムレベルで向上します。変換効率が 99% に達すると、熱要件を最大 50% 削減でき、IGBT ベースのシステムと比較してよりシンプルな冷却ソリューションが可能になります。

パルス電源アプリケーションでは、デバイスは機械的スイッチングからの移行を導入します。立ち上がり時間が 10 ns 未満なので、高電流、高温のアーク放電によって劣化する機械式スパーク ギャップ スイッチを置き換えることができます。SiC MOSFET を使用したソリッドステート スイッチングにより、アーク放電が除去され、エネルギー伝達効率が向上し、より優れたタイミング制御が実現します。

これにより、地熱発電システム、AI データセンター用の電源、半導体プラズマ エッチング、肥料生産などのアプリケーションにおけるシステムのサイズと複雑さも軽減されます。