SiCとGaNと共に発展するパワーエレクトロニクスにおけるシステムインテグレーション技術

カテゴリ: 技術報告

論文No: 1550

グループ名: 【D】産業応用部門

発行日: 2023/07/12

タイトル(英語): Power Electronics System Integration Technology Developing with SiC and GaN

著者名: SiCとGaNと共に発展するパワーエレクトロニクスにおけるシステムインテグレーション技術調査専門委員会

著者名(英語): Power Electronics System Integration Technology Developing with SiC and GaN

キーワード: パワーエレクトロニクス，システムインテグレーション，ワイドバンドギャップ，SiC，GaN／power electronics, system integration, wide bandgap, SiC, GaN

要約(日本語): パワーエレクトロニクスでは効率，パワー密度，信頼性，低ノイズ化技術などをそれぞれ向上させることと同時に，アプリケーションやニーズに合った最適化を行う技術も重要である。最近では世界的にもシステムインテグレーション技術が注目されており、この技術を使うことにより回路，熱，ノイズ，制御などの各要素が横断的に連携（錬成）し，トレードオフの関係を見出しながら最適化することが可能になっている。一方，SiCやGaNなどのワイドバンドギャップ半導体の性能や信頼性が向上し，実用化も進んでいる。今後もSiCやGaNの適用が拡大して行く中で，装置やシステム全体で大きなメリットを得るためにはシステムインテグレーション技術の活用が有効である。本技術報告書では，SiCやGaNなどのワイドバンドギャップ半導体の応用に関する現状や課題について纏めた上で，主要アプリケーション（運輸，産業，家電，スイッチング電源）におけるSiCやGaNを使ったシステムインテグレーション技術の研究事例を調査したので，紹介する。 鉄道，自動車，UPS，モーター駆動用インバータなどにおいては，省エネや小型・軽量化などのシステムメリットを追求したSiCの適用事例が多く報告されている。また，スイッチング電源においてはGaNの特長を活かしたPFCの回路方式が研究され，DC-DCコンバータの高周波化による大幅なパワー密度の向上などが図られている。

要約(英語): In power electronics, improving efficiency, power density, reliability, and noise are important. Furthermore, optimization to fit applications or fulfill design requirements is also important. Recently, system integration technology is worldwidely getting attention. By using the system integration technology, design factors such as circuit, temperature, noise, and control are related (coupled) each other. It makes clear trade-off relationships, and an optimum design can be obtained. On the other hand, characteristics and reliability of wide bandgap power semiconductors (SiC and GaN) are rapidly improving and they are practically used in some applications. In order to obtain product or system level merits in power electronics systems using SiC and/or GaN, utilizing the system integration technology is effective. In this report, current situation and issues of using the wide bandgap power semiconductors is described and latest researches and developments in the main applications (transportation, industry, home appliance, and switching power supply) are introduced. In train, automotive, UPS, and motor drive applications, energy saving and reducing size and wight are realized by using SiC, GaN, and the system integration technology. For switching power supplies, PFC converters using GaN are developed. Furthermore, the switching frequency of DC-DC converters are increased and high power density is realized.

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