GaNの話

Maurizio Di Paolo Emilio 著 この記事の全文は、もともと英 EPDT 誌に掲載されました。パワー・エレクトロニクスの歴史は、材料の限界、アーキテクチャの変革、新たな半導体プラットフォームの登場による期待値の再設定という予測可能なテンポで展開されてきました。そして今日、その変革が再び起こっています。今回は、窒化ガリウム（GaN）がその中心です。

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このビデオでは、人型ロボットの関節や、その他のスペースに制約のあるアクチュエータ向けに最適化したGaNベースの小型3相BLDCモーター駆動用インバータであるEPC91122の概要を紹介します。同じパッケージに複数のデバイスを組み込んだGaNモジュールEPC33110を中心に構築したこのインバータは、パワー段、ゲート・ドライバ、検出器、制御機能、通信機能を単一の円形基板の上に統合しています。スイスのSTマイクロエレクトロニクスのSTM32マイクロコントローラ、磁気エンコーダ、高精度の電流・電圧検出器、RS-485/JTAGインタフェースを搭載し、高度なロボット向けに高効率、高速な動的応答、耐久性を提供します。

著者：Maurizio Di Paolo Emilio、米ニュース・サイトData Centre Digestへの寄稿

GaNは、AI（人工知能）、ロボット、自動車向けのパワー・エレクトロニクスで主流になりつつあります。APEC 2026において、EPCのNick Cataldoは、GaNのシステム・レベルでの価値とコストの利点について説明します。

この記事は、GaNがパワー・エレクトロニクスをどのように変革しているかを検証します。GaNは、単にMOSFETの代替品ではなく、システムの制約によって制限されていたアーキテクチャを再考することを可能にする技術です。特に、自動車分野、中でも48 Vアーキテクチャにおいては、GaN技術によって燃費が最大15%向上し、信頼性、互換性、そして全体的なコストのバランスが最適化されます。

高性能AIクラスタと人型ロボットは、共通の重要なエンジニアリング課題を抱えています ―― それは、小型で熱的に制約のある筐体内で、非常に大きな電流を供給しなければならないことです。従来の低電圧では、電力分配は、物理的な限界に達しており、過剰なI²R損失とコネクタの大型化によって、持続不可能な熱ストレスが発生していました。この問題を解決するため、業界のアーキテクチャは、公称48 V（ピーク時58 V）の電力分配を中核にすることへと収束しつつあります。

あなたのGaN設計の経験を共有

この連載記事のパート1では、窒化ガリウム（GaN）の基礎について、結晶構造と2次元電子ガス（2DEG）の形成、材料の性能指数FOM（figures of merit）、デプレッション・モードからエンハンスメント・モードへのGaN HEMTの移行について解説しました。

シリコン・パワーMOSFETは、40年以上にわたって、低電圧および中電圧の電源において最も重要なデバイスであり続けてきました。使いやすさ、十分確立された製造エコシステム、予測しやすい性能といった利点から、民生用電子機器や通信インフラから、産業用電源、車載システムまで、あらゆる分野で最適な選択肢となってきました。プレーナ構造からトレンチ構造やスーパージャンクション構造への移行など、長年にわたって実施されてきたアーキテクチャの改良によって、オン抵抗は着実に低減され、電圧能力は維持されています。