ON Semiconductorのワイド バンド ギャップ (WBG) デバイスの拡張範囲である1200 Vおよび900 V NチャネルSiC MOSFETが提供するユース ケースとエンド アプリケーションの利点について、ON Semiconductorのワイド バンド ギャップ製品ライン マネージャーであるBrandon Beckerが解説するこの記事で詳しく説明します。
ON Semiconductorは、1200 Vおよび900 V NチャネルSiC MOSFETという2つの新しいファミリを導入し、ワイド バンドギャップ (WBG) デバイスの範囲を拡大しました。ON Semiconductorの専門家との質疑応答セッションを通じて、これらの新しいSiCソリューションから最大のメリットを享受できるユースケースと最終アプリケーションを詳しく見てみましょう。
Q: NTHL020N120SC1、SiCカーバイドMOSFET、Nチャネル、1200 V、20 mΩ の主な特性は何ですか?
A: NTHL020N120SC1は、ブロッキング電圧 (VDSS) 1200Vで極めて低い伝導損失を実現するように設計されています。さらに、低い内部ゲート抵抗 (Rg = 1.81Ω) と低い出力容量 (Coss = 260pF) で高速駆動するように設計されています。Q: 既存のON Semiconductor SiC MOSFET（NTHL020N120SC1発売前）と比較して、NTHL020N120SC1ではどのような特性が改善されましたか？
A: これはON Semiconductorの第1世代のSiC MOSFETなので、以前のデバイスと比較することはできません。ただし、これらのデバイスには、強力な酸化物性能 (VGS定格 +25V/-15V)、Vthドリフトなし、ボディ ダイオード ドリフトなし、高速スイッチング、dv/dt制御によるスムーズなゲート ドライブ、ハード スイッチング用の強力なボディ ダイオードなど、市場の他のデバイスに比べていくつかの利点があります。Q: NTHL020N120SC1が提供する競争力のある仕様は何ですか?
A: 1200V SiC MOSFETデバイスは市場で非常に競争力があり、ほとんどの顧客仕様を満たしているか、それを上回っています。アプリケーションごとに考慮するパラメータは異なりますが、一般的には、スイッチング損失と伝導損失を減らしながら、高速に動作するように設計されています。これは、低いRDSonを実現し、高速スイッチングのために低い内部ゲート抵抗を選択することによって実現されました。これらのデバイスは、100V/nsを超える高速過渡耐性を備え、堅牢に設計されています。
Q: SiCの利点は何ですか?
A: SiCの利点は、材料自体がシリコンよりも10倍高い絶縁破壊電界強度、2倍高い電子飽和速度、3倍高いエネルギーギャップ、3倍高い熱伝導率を持っていることから始まります。システムの利点は、電力損失の低減、電力密度の向上、動作周波数の向上、動作温度の上昇、EMIの低減、そして最も重要なシステム サイズとコストの削減によって最高の効率が得られることです。
エンドアプリケーション
Q: NTHL020N120SC1の主な特徴を最大限に活用できる最終アプリケーションは何ですか?
A: BOMコンテンツを削減し、電力密度を高めることで、さまざまな最終アプリケーションに大きなメリットがもたらされます。このことが顕著に表れる具体的な用途としては、太陽光発電インバータと電気自動車 (EV) 充電ステーションの2つがあります。
Q: SiC MOSFET製品が太陽光発電インバータと電気自動車充電ステーションに特に役立つのはなぜですか?これらのアプリケーションには、サイズ/フォーム ファクターに関する厳しい要件がありますか?もしそうなら、その背景やニーズについて教えていただけますか?
A: 従来、ほとんどのPFCステージは複雑で、周波数が制限されており、98% を超える効率を達成したことはありませんでした。SiCを使用すると、部品数が少なくなり (複雑さが軽減)、受動部品が小型化され、冷却性能が向上し、効率が98% 以上になります。
Q: 小型の太陽光発電インバーターや充電ステーションの需要は大きいですか?もしそうなら、その理由は何ですか?
A: はい。
ソーラーインバータ
現在、太陽光発電インバータ市場には2つの傾向があります。ON Semiconductorは市場TAMの約30% のシェアを占めています。
1) パネルの各列に20kW未満の複数の小型インバータがあり、DCをACに変換してメガワットの大型インバータに供給します。
1.20kW未満の小型インバーターは、通常、PCFステージで個別のSiCに移行しています。LLCの場合、タイムライン、コスト、効率目標に応じてSJとSiCが混在します。
2.顧客がSiCに移行すると多くの利点がありますが、ゲート駆動電圧が高くなるため、回路を再設計する必要があるという欠点があります。
2) 20kWを超える大型インバーターが複数列のパネルを収容し、より大きなパネルには電力を供給しない
1.20kWを超える大型インバーターでは、通常、パワーモジュールが使用されます。
2.以前はIGBTモジュールでしたが、ここ5年間でハイブリッド モジュール (IGBT + SiCダイオード) に移行し、現在はSiC MOSFETモジュールが使用されています。
充電ステーション
充電ステーションには4つの電力レベルがあります。レベル1と2は1/3相AC充電器です。これらの充電器はSiCを使用せず、車のOBCを使用してバッテリーを充電します。レベル3と4はより高い電力で、充電ポールでAC/DCを使用するため、車に接続するとバッテリーが直接充電されます。
さらに、充電ステーション内のこれら3つの「市場」セグメントは、次のように分類されます。
1) 住宅 – レベル1または2充電器
2) 商業 – レベル2または3 (ショッピング モール、職場、車がしばらく駐車される場所)
3) 高速道路 – レベル3または4 (ここでSiCが使用されます)
一般的に、特に高出力の充電市場はまだ発展途上です。ここでは、高電力のため、その大部分がパワー モジュールになっていますが、LLCまたは二次整流段にはいくつかのディスクリートがあります。