SiC半導体によるイノベーションの価格を考える

はじめに

EV、再生可能エネルギー、5Gなどの分野でのイノベーションのペースがノットの割合で増加しているため、エンジニアはますます新しいソリューションを探しており、消費者や業界の需要を満たすためにテクノロジーにさらに多くのことを求めています。 SiC半導体はその答えの1つであり、エキサイティングな改善の道を進んでおり、古いテクノロジーと比較してコスト競争力のあるパフォーマンスをすでに実現しています。

SiC半導体によるイノベーションの価格を考える

アイルランドの詩人、小説家、牧師であるオスカーワイルドは、彼の演劇「ウィンダミア卿夫人のファン」の中で、皮肉屋は「すべての価格と何の価値も知らない」人物であると書いています。それは、より広い視野を見ることなく、状況の近視眼的な見方をしている人々のプットダウンであることが意図されていました。彼は皮肉屋と、コストよりも利益に焦点を当てる「先見の明」とを対比させています。

パワーエンジニアはコンポーネントの価格は無視できませんが、複雑で時間の経過とともに変化し、多くの場合定量化が難しい費用対効果が存在します。パワー半導体はその一例です。 SiC半導体の革新的で比較的最近の破壊的技術は、最初に商品化されたときは非常に高価であり、ほとんどのエンジニアは、IGBTやSi-MOSFETなどのシリコンベースの製品に対する潜在的な利点を認識していましたが、「持っておくと便利」リストのはるか下の方に置きました。ただし、SiC半導体の価格が下落し、パフォーマンスが向上し、信頼性が実証されたため、リストが上位に移動し、既存の古いテクノロジーパーツの代替品、および新しい設計の出発点と見なすことができます。それらの採用はアプリケーションに依存しています。

ソーラーおよびEVエンジニアは、効率の改善が最優先事項である早期導入者でしたが、ダイコストの低下、パフォーマンスの向上、エネルギー節約の価値、および関連するコンポーネントコストの削減が考慮されているため、『はるかに広い範囲のアプリケーションで』切り替えを行わない理由はありません。 

SiCシステムのコストはIGBTソリューションよりも低い
SiCシステムのコストはIGBTソリューションよりも低い

高速スイッチングなど、通常オフのカスコードを使用するUnitedSiCのSiC FETデバイスは、限界をさらに押し上げました。 当社のUFシリーズの最新製品は、1200Vおよび650Vデバイスでクラス最低のオン抵抗を持ち、それぞれ9ミリオームおよび7ミリオーム未満です。 これらのデバイスは、低損失のボディダイオード効果を持ち、過電圧や短絡に対して本質的に堅牢であり、Si-MOSFETやIGBTと同じくらい簡単に駆動できます。 実際、TO-247パッケージを使用すると、これらの部品の多くをドロップインで置き換えることができ、パフォーマンスが即座に向上します。 UnitedSiCは、新しい設計のために、SiC FETの場合に高周波機能を活用する、低インダクタンスで熱的に強化されたDFN8x8パッケージも導入しました。

SiC FETのゲートドライブは、優れたゲート保護を備えた既存のテクノロジーと互換性があります
SiC FETのゲートドライブは、優れたゲート保護を備えた既存のテクノロジーと互換性があります

システムのエネルギー効率の節約により、SiC-FETを支持する設計上の決定がますます進んでおります。システムがSiC-FETを中心に設計されている場合、効率を大幅に損なうことなくスイッチング周波数を上げることができ、ディスクリート整流ダイオードやスナバネットワークなどのコンポーネントを排除することもできます。

その結果、ヒートシンク、インダクター/トランス、コンデンサーなどの他の関連コンポーネントのサイズ、重量、およびコストが削減されます。極端な場合、独自の非効率性を備えた冷却システム全体を冗長化して、さらに節約することができます。特にEVトラクションインバーターのアプリケーションでは、効率が向上するという好循環があり、SiCベースのインバーターのコンポーネントがより小さく軽量にすることができます。

SiC半導体のテクノロジーは、今後のパフォーマンス向上を約束して進化を続けています。次世代では、オン抵抗はスイッチング損失とともにさらに低下し、定格電圧は増加し、ダイはさらに縮小し、歩留まりが向上し、コストの削減につながります。より高い電圧と電力レベルでのアプリケーションの範囲の拡大に適したパッケージの幅広い選択肢とともに、より多くのバリエーションが登場します。

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