专辑:有助于能源管理的功率半导体-乐鱼app体育

专辑:有助于能源管理的功率半导体

为了防止全球变暖,节能化与可再生能源的使用不断发展。各国已宣布将在几十年内全面废止燃油汽车的销售,积极导入电动车(xev)。同时,以低碳化乃至未来的脱碳化为目标的行动也在急速推进。电力电子设备可高效稳定地利用电气能源,要实现它的高效化、小型化,功率半导体的重要作用不可或缺,功率半导体也因此备受瞩目。富士电机开发了适用于各领域的功率半导体并实现了产品化。本特辑将对富士电机功率半导体的最新技术与产品进行介绍。

[专辑寄语]功率器件以及支持其发展的周边技术

舟木 刚 funaki, tsuyoshi 大阪大学大学院工学研究科教授 博士(工学)

功率半导体的现状与展望

藤平 龙彦, 宫坂 忠志, 井川  修
随着人口与经济的增长,全世界的能源消耗量不断增加。要控制co2的排放量、防止全球变暖,除节能化之外,还推广了太阳能发电和风力发电等可再生能源的使用。此外,各国已宣布将在几十年内全面废止燃油汽车的销售,导入电动化汽车(xev)以实现低碳化。同时,以进一步的脱碳化为目标的行动也正在急速推进。富士电机开发了以稳定且高效利用能源为目的的电力电子产品中的关键产品功率半导体,并实现了产品化,为实现安全、放心并可持续发展的社会做出了贡献。本稿中将对今后市场仍有望高度成长的功率半导体的技术与产品的现状与展望进行介绍。

高速igbt和sic-sbd相结合的高速混合型模块

臼井 亮辅, 加藤 由晴, 高桥 圣一
近年来,为了进一步实现电力转换装置的小型轻量化和高效化,需要在高频区域进行电力转换的应用日益增多,这就要求开关器件速度更快和损耗更低。富士电机将高频区域下,损耗低的高速igbt和sic-sbd相结合,开发了高速混合型模块,实现了开关损耗的大幅降低。其结果,变频器在高频运行时产生的损耗与以往相比可降低约50%,有望用于要求小型轻量化及高效化的应用中。

第2代小容量ipm650v/50a、75a的系列化

冈山 健一, 白川  彻, 田中 才工
近年来,在地球环境问题中,为了应对温室气体排放规定,以节省能源和节省资源为目的的小型化要求不断增强。富士电机推出了集成变频器电路组成所需要的功率器件及控制ic的第2代小容量ipm 650v/50a、75a系列产品。本产品采用了“x系列”igbt芯片技术,相比以往产品实现了更低损耗,同时采用了高耐热封装技术,将最大工作温度提高到了150℃。由此提高了设备的节能性,实现了更大的输出电流和框体的小型化。

面向xev的电机驱动用芯片式传感器内置型igbt模块

中山 智矢, 仲野 逸人, 吉田 崇一
近年来,随着燃油汽车向电动车(xev)的更替速度的加快,xev搭载了驱动电机的变频器。因此,变频器及其组成部件xev用igbt模块的需求也在增多。富士电机开发了面向xev的电机驱动用芯片式传感器内置型igbt模块。该芯片式传感器搭载了温度传感器和电流传感器。温度传感器通过直接监控igbt芯片的温度,可帮助提高模块的容许电流。电流传感器以低损耗监控大电流,当发生短路等过电流情况时可进行保护。

面向配电设备的搭载有沟槽型栅mosfet的3.3kvall-sic模块

金井 直之, 保谷 昌志, 辻 崇
富士电机参与了国立研究开发法人 新能源产业技术综合开发机构(nedo)的项目,正致力于开发适用于太阳能发电等分散型能源大量导入时可稳定电网的配电设备和控制系统。富士电机针对配电设备开发了搭载有sic沟槽型栅mosfet(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)的3.3kv all-sic 模块。相比于以往搭载有sic平面型栅mosfet的模块,变频器损耗降低了60%,实现了高功率密度化。

利用halo结构实现高阈值电压和低导通电阻的sic-mosfet

小林 勇介, 大濑 直之, 小岛 贵仁
为了实现功率半导体器件的低损耗,富士电机开发了采用碳化硅(sic)材料的沟槽结构mosfet(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)。为了进一步降低损耗,缩短mosfet的通道长度是一种有效的手段,但短通道效应会导致阈值电压及耐压降低,需要予以抑制。富士电机对halo结构的纵向沟槽结构mosfet进行了仿真和试生产,对短通道效应的抑制进行了实证,同时在保持高阈值电压与耐压的条件下实现了导通电阻的降低。

使用仿真器推算igbt模块产生的损耗、温度、寿命

高久  拓, 汤川 文夫, 池之内 俊
富士电机针对变频器等电力电子系统,在网络上免费公布了对使用富士电机的igbt产品时产生的损耗和半导体元件接合部(结点)温度进行仿真的igbt仿真器。此次公布了增添了新功能的版本。除了支持三电平电路或广泛使用的众多pwm方式之外,还加入了对损耗的结温依赖性进行计算的功能,使仿真能够更符合实际情况。通过了解igbt 模块产生的损耗、温度上升的变化,能够有助于设计初期阶段的模块选型或寿命推测。

第4代临界模式pfc控制ic“fa1b00系列”

远藤 勇太, 矢口 幸宏, 日朝 信行
富士电机为满足削减电源装置的电力消耗及低成本化的市场需求,开发了第4 代临界模式pfc控制ic“fa1b00系列”。为了兼顾控制输出电压纹波与降低电源高次谐波电流,研究了一种新的输入电流梯形波状控制方式。实现了pfc电路的输出电容器的小型化。另外,通过继承传统机型具有的轻负载时的底部跳过功能和待机时的脉冲串功能,也兼顾了电源装置消耗电力的削减与低成本化。

650v分立器件igbt“xs系列”

原  幸仁, 加藤 由晴, 田村 隆博
富士电机针对以20khz左右开关频率运行的ups或太阳能发电用pcs,开发了改善导通损耗与开关损耗的均衡特性的650v分立器件igbt“xs系列”,并进行了产品化。额定值为650v/30~75a的产品,和传统产品相比,导通损耗与开关损耗分别实现了20%以上的降低。将其搭载到ups上并进行效率测定的结果,效率在所有负载领域内都超过了传统产品,最大提高了0.12点。而且,还确认了器件塑壳温度的上升变小。

第6.5代车载用高压传感器

佐藤 荣亮, 上野 文也, 鹈泽 良平
为了应对近年来的环境管制及降低油耗,对于作为内燃机的汽油或柴油引擎,高精度控制技术的使用和以缩小尺寸为目的的高密度安装一直在不断发展。因此,对于车载用高压传感器,提出了更高的精度和保证高温运行的要求。为满足这些要求,富士电机开发了第6.5代车载用高压传感器。本产品的特点是采用了金属基板封装来确保高耐压性,和在高温高压环境下也能运行并保证精度的传感器芯片相结合。而且,通过采用小型化技术以及重新设计电路布局,实现了传感器的小型化并保证了150℃的运行温度。
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