GaNの話

効率、サイズ、信頼性が最重要視され、絶えず進化を続けるパワー・エレクトロニクスの世界において、EPCは、最新のイノベーションであるEPC2366で新たなベンチマークを確立しました。この耐圧40 VのGaN FETは、面積3.3 mm×2.6 mmの超小型QFNパッケージに収められており、最先端のパワー半導体技術の好例となっています。

人型ロボットが人間の動きを精密かつ機敏に再現するようになるにつれて、技術者は小型で高効率、かつ応答性に優れたモーター駆動装置への需要の高まりに直面しています。リファレンス・デザインのEPC91120は、GaN集積化によってインバータ回路をロボットの関節に直接組み込むことで、軽量化、効率向上、そして動作制御の強化を実現する方法を示しています。

30 V～140 Vの広い入力範囲を備えたモーター駆動用インバータのリファレンス・デザインは、80 V、110 Vなどのバッテリー・システムに適しています。用途の例には、産業自動化システム、農業機械、フォークリフトなどの資材搬送機器などがあります。このブログでは、使用するGaN FETの性能を最適化するために開発したプリント回路基板のレイアウトに重点を置いて、これらのシステム向けの既製のリファレンス・デザインの設計について説明します。

一般的な家電製品に新しい設計アプローチを適用することで、すべてのユーザーが日常生活でのエネルギー使用量の削減に貢献できます。EPCは、新しいデモ・ボードEPC9176を製品化しました。これは、より高効率で高性能な掃除機のモーターを対象とした3相BLDC モーター駆動用インバータです。

窒化ガリウム（GaN）は、パワー・デバイスの生産に加え、RF部品や発光ダイオード（LED）の生産にも使われる非常に硬く、機械的に安定したワイド・バンドギャップ半導体です。GaNのスイッチング周波数は、シリコンよりも大幅に高いので、パワー・エレクトロニクスの設計者は、シリコン技術で達成するためにこれまで挑戦していた、より小型、より高効率、より高性能なシステムを構成できるようになりました。

GaNは、モーター駆動用途のゲーム・チェンジャ（流れを変えるもの）です。設計者がこの技術を活用するためには、迅速で信頼性高い製品化するまでの時間が重要です。最先端のエレクトロニクスと技術を利用した使いやすいリファレンス・デザインは、製品の市場投入までの時間を短縮する貴重なツールを提供します。このツールEPC9173を使うと電動自転車やドローンの設計者は、モーター・システムのサイズ、性能、範囲、精度、トルクをすべて向上させると同時に、設計を簡素化して市場投入までの時間を短縮できます。

EPCがApplied Power Electronics Conference (APEC)のために米国ヒューストンに向かう準備は順調に進んでいます。このチームは、GaNの優れた性能が、コンピューティング、通信、イーモビリティなどの多くの業界にわたって、電力供給をどのように変革しているかを示すさまざまなデモを直接展示して、帰ってくることを楽しみにしています。

このGaNの話のブログではモーター駆動回路の設計に、シリコン・ベースのインバータの代わりにGaNベースのインバータを使うと、大きさと重さを削減できると同時に、スムーズに動作させられることの利点について説明しています。これらの利点は、倉庫や物流のロボット、サーボ駆動、電動自転車や電動キックボード、協調型で低電圧のロボットや医療用ロボット、産業用ドローン、自動車用モーターなど、一般的なアプリケーションで使われるモーター駆動回路にとって重要です。

英調査会社Omdiaは、倉庫や物流のロボットの世界的な出荷台数は、2018年の年間19万4000台から、2022年には93万8000台へと、今後5年間で急速に増加すると予測しています。2021年までに、多くの主要プレーヤがロボット・システムを採用するため、その後の成長率は鈍化します。この分野の世界的な売り上げは、2018年の83億米ドルから、2022年には308億ドルに増加し、既存のプレーヤと新興プレーヤに大きな機会を提供します。

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。

ブラシレスDC（BLDC）モーターは人気があり、ロボット、イーモビリティ、ドローンの用途で広がっていることが分かります。このような用途には、軽量、小型、低トルク・リップル、低可聴雑音、非常に精密な制御などの特別な要求があります。これらのニーズに対応するために、モーターに電力を供給するインバータは、より高い周波数で動作する必要がありますが、結果として生じる大きな電力損失を減らすための高度な技術が必要です。エンハンスメント・モード窒化ガリウム（eGaN ®）のトランジスタと集積回路は、大きな損失を生じることなく、はるかに高い周波数で動作する能力があります。