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3レベルインバーターとは
直流電圧から交流電圧へ変換する回路や機器のことをインバーターと言います。回路方式には2レベルインバーターや3レベルインバーターなどがあります。2レベルインバーターは、ゼロを中心として+/-VdのPWM波形になります。2レベルインバーターは、例えば三相であれば上下2つのスイッチを3組、計6個のスイッチで構成でき、多くの用途で使われています。
一方、3レベルインバーターではゼロを中心として+/-Vdと+/-Vd/2とのPWM波形になります。波形とトポロジーは下図のようになり回路は少々増えますが、LCフィルターの小型化、効率向上などの面でメリットがあります。従来、3レベルインバーターは、高い電圧を扱うための回路とされてきましたが、電力機器の多様化とともに新たに注目されています。
メリットとデメリット
メリット
・インバーター出力波形がより正弦波に近いものになる。
・2レベルインバーターに比べスイッチング素子にかかる電圧が1/2のため、スイッチング損失が少ない。
・スイッチングノイズも低くなるので、後続に設けるLCフィルターを小さくでき、小型化軽量化が可能になる。
・スイッチング周波数を上げられるため、変換効率を高めやすい。
デメリット
・使用する素子数が増え回路が複雑になる。
・配線等も増えてしまい浮遊インダクタンスが大きくなりがち。
メリットの実現
回路素子が集積されたパワーモジュールならさほど場所も取りませんし、浮遊インダクタンスも小さくできます。Microchipは、3レベルインバーターの回路に適したSiCパワーモジュールとして、NPC方式及び、双方向スイッチ方式に適用可能なSiCパワーモジュールをラインアップしています。
NPC方式：一相分を１モジュールにした製品、耐圧は1200Vと700Vがあります（例: MSCSM120TLM08CAG)。
双方向スイッチ方式：コモンソース接続で２つのスイッチを繋いだ製品、耐圧は1200Vと700Vがあります（例: MSCSM120DUM11T3AG)。
フェイズレグまたはトリプルフェイズレグのモジュールと組み合わせで、双方向スイッチ方式が可能です。
以下にモジュール製品の例をご紹介します。
品名：MSCSM120TLM08CAG
機能：Three Level Inverter SiC MOSFET Power Module
定格：1200V/333A/7.8mΩ, 外寸：108 x 62 x 17mm
品名：MSCSM120DUM11T3AG
機能：Dual Common Source SiC MOSFET Power Module
定格：1200V/254A/10.4mΩ, 外寸：73 x 42 x 12mm
品名：MSCSM120TAM11CTPAG
機能：Triple Phase Leg SiC MOSFET Power Module
定格：1200V/251A/10.4mΩ, 外寸：108 x 62 x 11.5mm
ご覧いただきありがとうございました。
他にもMicrochipはパワーデバイス製品をラインアップしていますので、ご興味がありましたら、下記リンクをご参照ください。
※図はMicrochipのデータシートから引用し作成しています。
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