GaNの話

パワー・エレクトロニクスの技術者は常に、高い信頼性を維持し、コストを最小限に抑えながら、より高い効率とより高い電力密度が得られる設計に取り組んでいます。設計技術の進歩と部品技術の向上によって、技術者は、これらの目標を終始一貫して達成することができます。パワー半導体は、これらの設計の中核であり、それらの改善は、より良い性能に不可欠です。このEPCの宇宙のブログでは、GaNパワー半導体が宇宙用途の過酷な放射線環境での革新を可能にする方法を示します。

普通のことを再考し、心理的バイアスを克服する

モーター駆動の用途は、産業、家電製品、自動車など、いくつかの市場に広がっています。市場に関係なく生じる共通点は、新しい技術が提案されると、その採用に対する抵抗感に直面することです。結局、知られていることに固執し、変化に抵抗することは、人間の本性です。

Efficient Power Conversion（EPC）は、定格100 Vの成熟したシリコン・パワーMOSFETとeGaNトランジスタの間の性能の差を広げています。新しい第5世代「プラス」デバイスは、以前の第5世代製品と比べて、オン抵抗RDS(on)が約20％小さく、直流定格が高くなっています。この性能向上は、厚い金属層の追加と、はんだボールから、はんだバーへの変更によるものです。

SEE耐性や耐放射線特性を強化し、パッケージ化されたエンハンスメント・モード窒化ガリウム（eGaN）・デバイスは、成熟した耐放射線シリコンMOSFETに比べて、性能が劇的に改善され、これまでにない高周波、高効率、高電力密度で動作する宇宙における新世代のパワー・コンバータを可能にします。

EPCの親愛なる友人、同僚、パートナ様

みなさま、および、ご家族のみなさま、EPCの全社員より、謹んで新春のお慶びを申し上げます！

2019年は、EPCのGaNの革新と、成果を上げたGaNの複数のユース・ケースで記憶に残る年でした。EPCの最新世代のGaN製品は、オン抵抗R_DS(on)が低く、効率が高く、熱特性が向上し、小型で低コストであるため、パワー段の優位性を強化することができました。現在、これまで以上に、パワー・システムの設計者は、シリコン・デバイスから高性能のGaN部品に切り替えています。

シリコンの時代は、十分すぎるほど長過ぎます。若くてより適切な挑戦者が半導体材料の主役を引き継ぐ時です。

モーター技術の進歩によって、電力密度が高くなりました。モーターは、より小さな形状で実現され、より高速で高精度な設計になっているので、より高い周波数が必要になります。

3相ブラシレスDC（BLDC）モーターは、出力定格の割に小型なので、正確に制御でき、高い電気機械効率を提供し、適切に制御された場合、最小限の振動で動作できます。これらのモーターは、サーボ駆動、外科ロボットなどのロボット、回転翼を4基搭載したドローンなどの精密な用途で、ますます、または排他的に使われています。電流リップルを適切な範囲内に維持するために、これらのモーターは、低いインダクタンスを考慮すると、最大100 kHzのスイッチング周波数が必要です。損失を最小限に抑えた上で、振動を発生させ、駆動精度を低下させ、効率を低下させるモーターのトルク・リップルを相殺するには、高周波で高効率に動作できるFETが必須です。

この記事は、もともとM. Di Paolo Emilio氏が米Power Electronic Newsのウエブ・サイトに公開したものです。

eGaN® FETベースの電力変換システムは、Siベースの代替品に比べて、高効率化、高電力密度化、全体的なシステム・コストの削減が可能です。これらの優れた性能によって、ゲート・ドライバ、コントローラ、特にeGaN FETの性能を向上させる受動部品など、パワー・エレクトロニクス部品のエコシステムがますます拡大しています。eGaN FETの例を図1に示します。

コンピュータや電気通信の市場の急速な拡大によって、中間バス・コンバータ向けに、これまで以上に小型、高効率、高電力密度のソリューションが求められています。LLC共振コンバータは、高電力密度と高効率のソリューションを提供するための優れた候補です。非常に小さいオン抵抗と寄生容量を備えた eGaN® FETは、Si MOSFETを使うときに困難だった大幅な損失低減によってLLC共振コンバータを高性能化します。EPC2053やEPC2023などのeGaN FETを採用した48 V入力、6 V出力の900 W、1 MHz動作の LLC DC-DCトランス（DCX）・コンバータがデモされ、比電力48 W / cm2（308 W / 平方インチ）、電力密度69 W / cm3（1133 W / 立方インチ）でピーク効率98.1％が得られています。