東芝は、インバータ システムを効率化する 2200 V SiC MOSFET を発売します。シリコン カーバイド (SiC) MOSFET は、インバータとエネルギー貯蔵システムに革命を起こすように設計されています。東芝のこの画期的なデバイスは、インバータ メーカーが製品のサイズと重量を削減するのに役立ちます。
同社によれば、新開発のMOSFETは、インバーターメーカーが製品の寸法と重量を大幅に削減できるため、メーカーにとって大きな助けとなる可能性を秘めている。高周波で動作させることで、ヒートシンクやフィルタなど、システム内の他の部品の小型化と軽量化も可能になる。
新開発の金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）は、炭化ケイ素（SiC）を使用しています。太陽光発電インバータや蓄電池システムでの使用を想定して設計されています。2,200Vのショットキーバリアダイオード（SBD）を搭載し、2レベルインバータを用いた1,500V（DC）電圧システムでの使用を想定しています。同社によると、2レベルインバータは3レベルインバータに比べてスイッチングモジュールの数が少なく、より小型軽量なシステムを実現できるとのことです。
報道によると、SiCモジュールは、導通損失が最小限で、ドレイン・ソース間オン電圧が低いことで知られている。オン時とオフ時のスイッチング損失もそれぞれ14mJと11mJと低く、低浮遊インダクタンス、低熱抵抗、内蔵サーミスタを備えているとされている。
3レベルインバータの利点は、スイッチング損失を最小限に抑えられる点にある。これは、スイッチング素子にオフ状態のときに線間電圧の半分の電圧を印加することで実現される。
一方、2レベルインバータは、 3レベルインバータよりもスイッチングモジュールが少ないため、シンプルでコンパクトかつ軽量なシステムを実現します。印加電圧が線間電圧と同じであるため、より高い耐圧を持つ半導体が必要となります。太陽光発電をはじめとする再生可能エネルギー市場において、1500V DCの線間電圧システムが導入されるにつれ、低損失かつ高耐圧の半導体に対する需要が高まっています。
メーカーは、以下の点を実現するために、ドリフト層の不純物濃度と厚さを最適化しました。
- オン抵抗と破壊電圧は当社現行製品と同じ関係を維持します。
- さらに、PV システムに不可欠な要件である宇宙線に対する高い耐性を実現するように特別に設計されています。
- p ベース領域と n ドリフト層の間にクランプされた寄生 PN 接合を備えた SBD を組み込むことで、逆導通時の優れた信頼性が確保されることが確認されています。
開発されたオールSiCモジュールのエネルギー損失は、同じ2000V定格のSiモジュール（Si IGBTとSi高速リカバリダイオードで構成）と比較して大幅に低くなっています。インバータの推定消費電力から、新開発のSiCモジュールは従来のSi IGBTと比較して2倍の周波数での動作が可能であることがわかります。それだけでなく、2レベルSiCインバータは、3レベルSiインバータと比較して損失が38%も大幅に削減されています。
