シリコンカーバイド (SiC) 技術の成熟とコストの低下により、SiCベースのパワーモジュールは、電気自動車、再生可能エネルギー、エンジンベースのアプリケーションを含むパワーエレクトロニクス業界で徐々に標準になりつつあります。この記事では、SiCの技術開発と市場への応用、そしてWolfspeedが発表したWolfPACK™ モジュールの製品特徴について紹介します。
SiC技術は優れた性能特性を持つ
SiCはシリコン（Si）に比べて大電流処理性能に優れ、高スイッチング周波数での損失が比較的少ないため、将来を見据えた半導体材料です。SiCの材料特性を最大限に活かすことで、パワーモジュールの動作効率を向上させることができます。このモジュールは余分なパッケージング/相互接続配線を排除し、コンパクトな回路を実現して熱管理性能を向上させるため、一般的なトポロジの効率が向上し、設置と適用の迅速化に貢献します。
ベースプレートレスモジュール技術は、パワーエレクトロニクスの分野では比較的成熟した多目的パッケージとなっています。現在、SiC技術との組み合わせによってもたらされる多くの利点により、SiCは効率とパフォーマンスを犠牲にすることなく、より小型化し、システム コストを最適化することができます。
さらに、SiC技術を使用したMOSFETとダイオードは、オフボードでの急速充電をサポートするという自動車所有者、企業、自治体の一般的な設計目標をすべて満たすことが実証されています。現在市場に出回っている他のオプションと比較すると、SiCベースのソリューションは発熱が少なく、サイズが小さく、環境に優しく、軽量で、耐久性があり、高速で、効率的です。
SiC技術はより効率的で広く使用されている
電気自動車の充電インフラを例にとると、SiC技術を使用することで、充電時間を維持しながら充電ステーションのサイズと重量を最小限に抑え、全体的な損失を削減できるため、充電ステーションをさまざまな環境に統合でき、充電ステーションの普及を促進し始め、将来的には同様の燃料燃焼自動車ガソリンスタンドの普及に到達できます。
SiC技術が太陽エネルギーソリューションに適用されると考えます。その場合、太陽光発電（PV）モジュールによって生成される電力は気象条件により激しく変動することになります。これらのPVモジュールによって供給される電力は直流であり、地域で使用するために電力網に送信するか、使用場所に送る前に、太陽光インバーターを介して交流に変換する必要があります。これは複雑なプロセスですが、ベースプレートのないSiCモジュールは直流を交流に変換する効率が高いため、プロセス全体を簡素化できます。さらに、ベースプレートレスSiCソリューションは、効率を向上させながら、PVインバータのサイズ、重量、コストを約50% 削減できます。
さらに、ベースプレートレスSiC技術は、自動車以外のモーターベースのアプリケーション、特に電子制御モーターに関連するアプリケーションにも適しています。SiCベースの電源ソリューションは、さまざまな種類のモーターや駆動装置の設置面積を削減できます。工具機械、物流システム、ロボットなどの産業オートメーションアプリケーションなどのACおよびサーボ ドライバーに適用できます。主な理由は、ベースプレートレス トポロジにより、これらの業界でより優れた熱性能と拡張性を実現できるためです。
さらに、SiCベースのパワーモジュールは、無停電電源装置 (UPS) システムの高効率エネルギー貯蔵システムや二重変換システムのサポートにも適しています。これは主にモジュール設計によるもので、組み込みの冗長性を形成し、単一障害点を排除することができます。ベースプレートレス パッケージングにより、設計者はより高い効率、より優れた熱管理性能、より強力な信頼性を実現できます。そのため、パワーモジュールを積み重ねることで拡張性を実現し、性能を向上させることができ、購入コストを抑えながらエネルギー効率を向上させることができます。
柔軟性と拡張性を備えた効率的な電源モジュール
市場の急増する需要に応えるため、Wolfspeedは、SiCの多くの利点と最新の相互接続技術を単一のコンパクトなソリューションに組み合わせたWolfspeed WolfPACKの新しいパワー モジュール ポートフォリオをリリースしました。市場に出回っているいくつかのディスクリート、非ディスクリート、およびその他の市販モジュールと比較して、このソリューションはフットプリントあたりの電力を最大化できます。
具体的には、新しいWolfspeed WolfPACKパワー モジュール ファミリには、コンテナ内に複数のSiC MOSFETが含まれており、外部PCBとのインターフェイス用にプレスフィットのはんだ付け不要のピンが提供されます。この製品は、MOSFETの内部配置構造 (ハーフブリッジ、フルブリッジ、6パック統合、バック/ブースト レイアウトなど) に応じて特定のアプリケーションに最適化されたピン配置を提供し、設計者に優れた柔軟性と拡張性を提供します。
ほとんどの高電流モジュールとは異なり、Wolfspeed WolfPACKハウジングには底部にベースプレートが含まれていません。電気的に絶縁されたサーマルパッドとしてセラミック基板を使用し、金属製の取り付けタブを備え、ヒートシンクとのスプリング力インターフェースとして使用できます。この設計を採用する利点は、モジュールの底部に圧力を均等に分散し、ヒートシンクとの十分な熱接触を確保できるため、ヒートシンク、モジュール、PCB間の堅牢な機械的リンクが実現できることです。SiCテクノロジーは、ベースプレートのない小型のフットプリント パッケージで高い電力密度を実現し、コンパクトなレイアウトとシンプルで高速なスイッチングを組み合わせることで、設計者のスペースを約25% 削減できます。
Wolfspeed WolfPACKはベースプレートのない製品であるため、軽量で、従来の高出力基板モジュールよりも設計サイズを小さくすることができます。さらに、Wolfspeed WolfPACKは、ハーフブリッジおよび6パックの統合構成を提供できる業界をリードするSiCソリューションです。その応用分野には、電気自動車、再生可能エネルギー、電力網、産業など多くの応用分野が含まれます。
結論
電気自動車（EV）の発展に伴い、パワーエレクトロニクス市場におけるイノベーションが継続的に推進されています。エネルギーなどの他の分野でも、より環境に優しいパワーエレクトロニクス技術が急速に導入され、急速に枯渇する天然資源への依存が軽減されています。より高効率なSiC技術は、業界のSiC技術への変革を促進します。
SiCテクノロジーをベースにしたWolfspeed WolfPACKモジュールは、設計者にさまざまなアプリケーション (1キロワット設計からメガワット システムまで) に適したソリューションを提供できます。優れたパフォーマンスと優れた柔軟性および拡張性を提供し、パワー エレクトロニクス アプリケーションにとって信頼性が高く理想的な選択肢となります。