EV革命への道はSiCで舗装されている

シリコンカーバイド半導体スイッチには、EVインバーターアプリケーションでIGBTに取って代わる真剣な競争相手となる多くの特性があります。 ただし、導通損失は大電流、定格電圧で同等です。 しかし、最新世代のSiCカスコードは、超低オン抵抗でこの障壁を打ち破ります。

ドロシーとトトが黄色いレンガの道をたどったとき、それはシリコンカーバイド(虹色の黄色い結晶)で舗装されていたかもしれません。SiCは緑または青みがかった黒にすることもできますが、それでは比喩が台無しになります。グリップと耐久性のためにはかなり良かったでしょう-その別名はカーボランダムです。

物語の現代版では、キャラクターは電気自動車でエメラルドシティーに向かって移動するかもしれませんが、現実の世界では、EVのマーケットでの採用は価格と限られた走行距離によって妨げられています。しかし、輸送のためのゼロカーボン排出の将来に対する需要はあります。2030年までにEVの市場シェアを30％に到達させるEV30@30などのイニシアチブは困難ですが、電力変換コンポーネントの進歩により、走行距離、入手価格、およびランニングコストの点でEV化への切り替えがより実行可能になります。バッテリーとモーターの技術が進歩している間、モーター駆動電子機器の変換効率、サイズ、およびコストは依然として重要です。得られた効率のすべてのパーセンテージポイントは、バッテリーへの負荷が少なく、熱放散が少なく、サイズが小さく、重量が少ないという好循環に貢献し、1回の充電でより長い走行距離を実現するのに役立ちます。

ここで、路面としてではなく、半導体スイッチとしてのSiCが登場します。第1世代のEVは、スイッチとしてIGBTのみを使用していました。これは、数十年にわたって試行およびテストされた成熟したテクノロジーであり、堅牢で信頼性が高いことが証明されています。テスラモデルなど、多くの並列リードパッケージが使用されていますが、IGBTモジュールも考慮されています。モータードライブのIGBTは高周波でスイッチングする必要はありませんが、スイッチングエッジレートも遅く、各遷移で大きな電力を消費します。Si-MOSFETは、ナノ秒のスルーレートで大幅に優れていますが、電力定格に制限があり、EVのピーク電力がメガワットの何分の1かで測定されるようになったため、これは問題です。ただし、SiCは、通常含まれる数百Aを処理する速度と低いオン抵抗を備えています。特に高電圧定格の部品のオン抵抗が高い初期世代は、依然としてかなりのI2R電力を消費しましたが、最新世代は1200V定格でも10mΩ未満を達成し、800Vバッテリーを備えた次世代EVに適しています。

例としては、QorvoのUFシリーズのSiCスイッチの第三世代のものでは、UF3SC065007K4Sの定格は650Vおよび6.7mΩ、UF3SC120009K4Sの定格は1200Vで8.8mΩです。また、低電力アプリケーション向けの1200V定格で16mΩRds(on)の部品があります。すべてのデバイスは、最適なゲートドライブのための4ピンケルビン接続を備えたTO-247パッケージで提供されます。 

これらは、SiC JFETとSi-MOSFETを組み合わせたカスコードで、SiCのスイッチング性能を持ちながら、MOSFETのゲート駆動を容易にしたものです。必要とされるゲート駆動電圧はMOSFETとIGBTと互換性があるため、パワープラットフォーム全体を再構築することなく、効率性能を瞬時に向上させられるため、TO-247 IGBTを使用する既存のアプリケーションにデバイスをドロップインさせる可能性があります。例えば、スナバのサイズを小さくしたり、カスコードには本来高性能のボディダイオード効果があるため、IGBTのパラレル・ダイオードを取り除いたりと、インバーター周辺の部品を調整することで、より多くのメリットを得ることができます。このプロセスにより、99%以上の効率が容易に達成されます。電力損失が少ないため、ヒートシンクがより小さく、より安く、より軽く、より良いバランスを実現します。

SiCカスコードの信頼性は優れており、実証済みの高エネルギーアバランシェ定格と、デバイスの加熱時のピーク電流の自己制限により短絡に耐えます。 ワイドバンドギャップ材料の固有の高温動作により、175°Cの連続接合温度の仕様によりより高いピーク値が許容されるため、安心感も得られます。

オズの国がゼロエミッションを宣言すると、黄色いSiC結晶は、道路を舗装するだけでなく、ドロシーのEVにも確実に含まれるようになります。

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