未來兩年功率調節器及鐵路用SiC/GaN產品將紛紛登場

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光伏發電領域和鐵路領域將進一步推進SiC及GaN等新一代功率半導體的採用。在2014年2月舉行的智能電網展會“第5屆國際智能電網EXPO”上，相關企業紛紛展示了預定2014∼2015年前后實現產品化的開發品。這些產品通過採用損耗比硅低的SiC和GaN功率半導體元件，均實現了高效率和小型化。

安川電機的展板

確保JET認証的水平

歐姆龍開發出了二極管和晶體管都採用SiC、輸出功率為5.9kW的“全SiC”功率調節器（圖1）。與該公司原來的配備硅功率元件的5.9kW級產品相比，電力損失和體積均減少約一半。直流330V輸入、5.5kW輸出時的轉換效率為97.3％，尺寸為550mm×280mm×195mm。

圖1：全SiC功率調節器將於2015年度投產 歐姆龍開發出了二極管和晶體管均採用SiC功率元件的功率調節器。輸出功率為5.9kW級，計劃2015年度內投產（a、b）。採用了在TO247封裝中集成SiC MOSFET和SBD的產品（c）。此次展示的產品均採用電裝的芯片，封裝由新日本無線負責。此外還展示了採用全SiC的9.9kW產品（d）。

開發品的特點是，性能和成本兩方面都“接近實際產品”（歐姆龍）。性能方面，經歐姆龍驗証已達到JET（電氣安全環境研究所）標准，JET是在日本市場銷售的產品必須通過的認証。

該公司在成本方面採取了三項措施：第一，在SiC功率元件中採用分立器件，與採用配備SiC二極管和晶體管的功率模塊時相比削減了成本。一般情況下，與分立器件相比，模塊品更適合抑制電涌等電磁噪聲，但單價較高。SiC功率元件此次採用了電裝開發的產品。

第二，改變了電抗器的核心材料。為了縮小電抗器等周邊部件的尺寸，將開關頻率提高到了原產品2倍的40kHz。歐姆龍沒有公布詳細情況，不過據說為了提高開關頻率新採用了低損耗且價格低的核心材料，核心材料是其他公司生產的。

第三，把電力轉換電路的線路板削減為一張。以前共使用三塊線路板，包括兩塊安裝過濾器電路的線路板和一塊安裝升壓電路及逆變器電路的線路板。此次通過削減線路板數量，減少了布線數量和組裝步驟等，從而削減了成本。

歐姆龍打算在SiC功率元件的價格降到該公司期望的水平后立即投產全SiC功率調節器。預計2015年前后價格會降到這一水平，因此計劃2015年度內投產。

GaN功率調節器即將量產

安川電機將投產採用GaN功率元件、輸出功率為4.5kW的功率調節器（圖2）。該公司一直在推進開發，現在在性能和成本方面的實用化都有了眉目，將在2014年上半年量產。該公司解說員介紹說，性能參數“正在驗証階段，估計（投產之前）能達到JET認証標准”。該產品的特點是，與該公司原來的配備硅功率元件的4.5kW產品相比，體積減小了40％左右，電力損失可降低約一半。

圖2：安川電機決定量產配備GaN的功率調節器 安川電機決定2014年上半年量產此前一直在開發的、配備GaN功率元件的4.5kW功率調節器。與配備硅功率元件的原產品相比，體積削減了40％左右。

在鐵路領域，三菱電機開發出了配備SiC二極管，並實現了小型化的車站用再生電力轉換裝置“車站輔助電源裝置S-EIV”（圖3）。該裝置用來回收列車制動時產生的再生電力，輸送到車站，輸出功率約為200kW。在鐵路領域，驅動車輛驅動用馬達的逆變器裝置和驅動車內空調等的“輔助電源”安裝了SiC二極管，其中一部分已配備於實際的鐵路車輛，不過在面向車站的再生電力用電力轉換器上採用SiC功率元件還屬於“業界首次”（該公司解說員）。

圖3：車站用再生電力轉換裝置配備SiC 三菱電機開發出了對電車制動時產生的再生電力進行轉換並傳輸至車站加以利用的“車站輔助電源裝置S-EIV”。特點是，配備SiC二極管，實現了小型化。目前正在車站中進行驗証。

三菱電機目前正以實用化為前提在車站中利用該裝置實施運行驗証。該公司還打算在海外市場推廣該產品。（作者：根津 禎，日經技術在線！供稿）