스포츠 보기 Electric Review
Vol.65-No.4,2019

에너지 관리에 기여하는 전력 반도체

에너지 관리에 기여하는 전력 반도체

[목적]

국제 사회는 지구 온난화를 완화하기위한 국제 프레임 워크로서 지속 가능한 개발 목표 (SDG)와 파리 협약을 채택했습니다. 그 결과, 기업들은 경제 성장을 달성하고 사회적 및 환경 문제를 해결하기 위해 긍정적 인 조치를 취해야합니다. Fuji Electric은 또한 일본의 파리 협약 기반의 지구 온난화 대책에 따라 사회 및 환경 문제를 해결하기 위해 노력하고 있습니다. Fuji Electric이 개발하고 상용화 한 전력 반도체는 전력 전자 장치의 주요 장치로 사용되어 에너지 공급 안정화, 자동화 및 에너지 절약을 통해 중요한 가치 원천을 만듭니다. 이 특별 문제에서는 Fuji Electric의 전력 반도체와 관련된 최신 기술 및 제품을 소개 할 것입니다.

[서문] 에너지 관리를 활성화하는 전력 반도체

Boroyevich, Dushan

전력 반도체 : 현재 상태 및 미래 전망

Fujihira, Tatsuhiko; 미야사카, 타다시; 이카와, 오사무

에너지 수요는 전 세계적으로 계속 증가하고 있습니다. 국제 사회가 지구 온난화를 완화하기위한 국제 프레임 워크로서 SDG (Sustainable Development Goals)와 파리 협약을 채택한 것은이 배경에 위배됩니다. 결과적으로, 기업들은 경제 성장을 달성하고 사회적 및 환경 문제를 해결하기 위해 더 큰 사회의 일원으로 사전 조치를 취해야합니다. Fuji Electric은 전체 공급망에서 사회 및 환경 문제를 해결하기 위해 노력하고 있습니다. 예를 들어, Fuji Electric이 개발하고 상용화 한 전력 반도체는 전력 전자 장치의 핵심 장치로 사용되며 에너지 공급 안정화, 자동화 및 에너지 절약을 통해 중요한 가치 원인을 만듭니다..
이 백서에서는 현재 상태와 전력 반도체 제품 및 기술의 미래 전망을 설명합니다.

7 세대“X 시리즈”IGBT-IPMS

Minagawa, Kei; Mori, Takahiro; OSE, TOMOFUMI

Fuji Electric은 인버터가 추가 소형화, 손실 감소 및 성능 향상을 달성 할 수있는 7 세대“X 시리즈”IGBT-IPM을 개발했습니다. 최신 7 세대 "X 시리즈"칩 및 새로운 제어 IC를 사용 함으로써이 제품은 150 ° C에서 연속적인 작동을 가능하게하며 이전 제품에 비해 약 10%의 손실 감소를 달성합니다. 따라서 장비의 출력 전류를 약 31%증가시킬 수 있습니다. 또한 기존의 보호 기능 외에도 내장 온도 경고 기능을 사용하면 인버터 중단을 피할 수 있습니다. 또한, 브레이크 IGBT는 낮은 암 보호가 활성화 될 때 독립적으로 작동하여 반도체 장치의 과전압 파괴를 방지 할 수 있습니다..

2 세대 sic 트렌치 게이트 MOSFETS

Okumura, Keiji; 키노시타, 아키 마사; Iwaya, Masanobu

Fuji Electric은 저탄소 사회의 실현에 기여하기 위해 시장에 다양한 유형의 전력 전자 장치를 제공하고 있습니다. 추가 에너지 절약을 달성하기 위해 2 세대 SIC 트렌치 게이트 MOSFET을 개발했습니다. 결과적으로, 기기에 대한 작은 설계 규칙, 더 얇은 SIC 기판 및 더 높은 채널 이동성을 통해 1 세대 SIC 트렌치 게이트 MOSFET에 비해 온 저항이 23% 감소했습니다. 또한 권장 게이트 드라이브 전압 전압이 15V로 변경 되었기 때문에 유용성이 향상되었습니다. 또한 게이트 바이어스로 인한 게이트 임계 값 전압 변동이없고 바디 다이오드 전도로 인한 특징적인 저하 (저항성 증가)가 없음을 확인했습니다.

2 세대 sic 트렌치 게이트 MOSFETS가있는 모든 시크 모듈

이와사키, 요시노리; Okumura, Keiji; 카네코, 사토시

All-SIC 모듈은 SI-IGBT 모듈보다 상당히 낮은 손실을 달성 할 수 있습니다. Fuji Electric은 독특하게 설계된 새로운 구조 패키지를 사용하여 모든 시계 모듈을 시장에 출시하고 있습니다. 최근에 제품 라인업을 더욱 확장하기 위해 2 세대 SIC 트렌치 게이트 MOSFET을 사용하여 모든 SIC 모듈을 개발했습니다. 이 모듈은 외부 치수 및 터미널 배열과 관련하여 기존의 SI-IGBT 모듈과의 호환성을 갖습니다. 인버터 전력 소산 손실은 78%감소했으며, 이는 출력 전류가 개선되어 전류 밀도를 증가시켜 전력 변환 시스템의 추가 축소에 기여할 수 있습니다..

자동차 에어컨 시스템을위한 IPM

Tezuka, Shinichi; Denta, Toshio; 타 무라, 타카히로

Fuji Electric은 자동차 에어컨 시스템의 전기 압축기를위한 3 상 인버터 회로, 제어 회로 및 보호 회로를 통합하는 IPM을 개발했습니다. 이 IPM은 "X Series"IGBT 칩 및 FWD 칩 기술을 기반으로하며 특히 자동차 사용에 적합한 저 손실 및 저음 장치를 사용합니다. 자동차 에어컨 시스템에서 전기 압축기를 제어하기 위해이 600-V/30-A 제품을 적용함으로써, 20kHz의 캐리어 주파수에서 작동하는 동안 턴 오프 동안 서지 전압을 억제하고 총 손실을 약 2% 감소시켰다..

4 세대 알루미늄 직접 액체 냉각 패키지 XEV

Inoue, Daisuke; 타마이, 유타; Koyama, Takahiro

최근 몇 년 동안 자동차 산업은 하이브리드 전기 자동차 (HEV) 및 전기 자동차 (EVS)의 개발 및 확산을 가속화했습니다. 결과적으로 전력 모듈은 연료 효율을 향상시키기 위해 더 낮은 손실과 출력을 달성하는 동시에 더 작고 가벼워 야합니다. Fuji Electric은 열차를 정리하는 냉각 장치를위한 설계 기술과 반도체 장치의 주요 회로에서 알루미늄 와이어를 리드 프레임으로 교체하는 기술을 개발했습니다. 자동차 애플리케이션을위한 4 세대 직접 액체 냉각 모듈은 리드 프레임 배선 기술을 사용하고 열이 가조화 냉각 장치를위한 향상된 설계 기술을 사용합니다. 또한 발자국과 높이를 줄여서 3 차 직접 액체 냉각 모듈에 비해 발자국 당 출력 밀도를 36% 향상시킵니다.

XEV 용 DC-DC 변환기 모듈

Kusakari, Nobuharu; 키타무라, 쇼지; 카츠키, 타카시

하이브리드 차량과 같은 전기 자동차 (XEVS) 시장은 미국의 제로 배출 차량 (ZEV) 규정과 일본, 유럽 및 중국의 CO2 배출 규정 강화에 따라 전 세계적으로 빠르게 확장되고 있습니다. Fuji Electric은 산업 응용 분야를위한 소규모 용량 모듈로 개발 된 기술을 적용하여 XEVS 용 DC-DC 컨버터 모듈을 개발했습니다. 이 새로 개발 된이 제품은 풀 브리지 회로를 위해 설계되었으며 기본 측면의 초작 구조와 2 차 측면의 SBD가있는 전력 MOSFET을 사용합니다. DCDC 컨버터 시스템의 발자국을 40%줄이면서 신뢰성이 높은 자동차 애플리케이션에 사용됩니다.

“XS 시리즈”1,200-V 개별 IGBTS

하라, 유키히토; 카토, 요시히 하루; 타 무라, 타카히로

Fuji Electric은 약 20 kHz의 스위칭 주파수를 가진 태양 광 발전 PCS 및 UPS를위한 개별 IGBT를 개발하고 출시했습니다. 이 장치는 전도성 손실 및 전환 손실의 트레이드 오프 특성을 향상시킵니다. 기존 제품과 비교하여 1,200 V/40A, 75 A의 등급이 있습니다. 턴 오프 스위칭 손실을 약 6%, 수집기-이미 터 포화 전압을 0.55V로 줄이고 트레이드 오프 특성을 20% 이상 향상시킵니다. T-Type Threelevel 인버터의 시뮬레이션 회로에서 이산 IGBT 케이스의 온도는 기존 제품보다 2.4 ° C ~ 3.4 ° C입니다..

“FA6C00 시리즈”4 세대 LLC 전류 공진 제어 ICS

코바야시, 요시노리; 타나카, 키미 노리; Morimoto, Toshimitsu

효율성을 향상시키고 시스템 비용을 줄이기 위해 전자 장치의 전원 공급 장치 스위칭이 필요합니다. Fuji Electric은 "FA6C00 시리즈"4 세대 LLC 전류 공진 제어 IC를 개발하여 광 하중의 효율을 향상시키고 전원 공급 장치 구성 요소의 수를 줄입니다. 이 시리즈는 가벼운 하중에서 고주파 버스트 제어를 사용하여 수십 수와 와트에 몇 와트를 사용하여 기존 제품에 비해 효율성을 약 10% 향상시킵니다. 또한, 공진 전류 위상 비율 제어를 사용하여 출력 응답 특성을 개선하여 7 상 보정 부품을 줄입니다. 이러한 IC를 사용하여 사용자는 LED 조명 전원 공급 장치, 표준 산업 전원 공급 장치 및 LCD TV의 소비자 전원 공급 장치와 같은 75 ~ 300W 장비의 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

7th-Generation Automotive 고압 센서

Ashino, Kimihiro; Nishikawa, Mutsuo; Ueno, fumiya

자동차는 연료 효율을 향상시키고 환경 및 안전 규정을 준수하기 위해 엄격하게 필요합니다. Fuji Electric은 이러한 엄격한 규정을 충족하기 위해 7 세대 자동차 고압 센서를 개발했습니다. 센서는 고온 및 고압 환경에서 사용되므로 스테인리스 스틸 다이어프램 시스템을 사용하여 압력 저항을 개선하고 새로 개발 된 듀얼 게이트 MOS 트랜지스터의 활용을 통해 온도 특성이 더 우수한 센서 칩과 결합 된 새로운 패키지 구조를 가지고 있습니다. 이로 인해 해당 압력 범위가 확장되어 150 ° C에서 작동하고 정확도가 높아집니다.

SIC의 결정 결함 및 탈구 분석
전송 편광 현미경에 의한 웨이퍼

Takeaka, Kensuke; Tawara, Takeshi; 카토, 토모 히사

4H-SIC 단결정 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼보다 여전히 높은 결정 결함 밀도를 갖기 때문에 신중하게 분석해야합니다. 결정 결함의 비파괴 평가 방법으로서, 싱크로트론 방사선 X- 선 지형은 주로 대형 싱크로트론 방사선 시설에서 스포츠 보기되지만, 여기서 쉽게 스포츠 보기되지 않는다. 따라서, SIC 웨이퍼에서 결정 결함을 평가하기위한 비파괴적이고 편리한 방법으로서, 전송 편광 현미경을 스포츠 보기한 결정 탈구로 인한 결정 내부의 변형을 관찰하는 기술을 조사했다. 이 방법은 Synchrotron 방사선 X- 선 지형으로 인해 어려운 결정 탈구의 상세한 분석, 상업적으로 이용 가능한 SIC 에피 택셜 웨이퍼의 수용 검사 및 SIC 장치 제조 공정의 검사에서 스포츠 보기될 것으로 예상됩니다..

신제품

"HPNC"레일 카를위한 고전류 전력 모듈

Mitomo, Satoshi; 이치카와, 히로아키; 하라다, 타카히토

최근 몇 년 동안 지구 온난화에 대한 조치로 에너지 효율을 향상시키고 CO2 배출을 줄여야합니다. 결과적으로 전력 반도체를 사용하는 전력 변환 장비는 광범위한 필드에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 특히, 이러한 종류의 장비는 풍력 발전 및 태양 광 발전을 포함한 레일 카 및 재생 에너지 분야의 용량 개선 및 크기 감소를 겪고 있습니다. 따라서 장비의 대용량 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 (IGBT) 모듈은 병렬 연결을 갖는 대규모 대용량을 위해 쉽게 설치해야하며 추가 증가 된 전류 밀도를 통해 축소해야합니다..
이러한 시장 수요를 충족시키기 위해, 우리는 새로운 패키지에 7 세대 "X 시리즈"칩을 갖춘 고전류 전력 모듈 인 HPNC (High Power Next Core)를 개발했습니다 (M292).

“FIP06 시리즈”산업 장비를위한 AC-DC 전원 공급 장치

Tawada, Nobuyuki; 오구치, Hiroyuki; 해시미, 잉고

최근 몇 년 동안, 생산 라인 로봇 및 서비스 산업의 자동 체크인 및 체크 아웃 머신과 같은 산업 기계의 배치는 모든 산업의 만성 노동 부족에 대한 응답으로 가속화되고 있습니다. 다양한 종류의 기계 수가 증가함에 따라 다양한 출력 사양의 요구를 충족시키기 위해 전원 공급 장치가 필요했습니다.
이 배경에서 스포츠 보기 Electric은 고객이 출력 수와 해당 전압을 자유롭게 선택할 수 있도록하는 "FIP06 시리즈"멀티 출력 AC-DC 전원 공급 장치를 개발하고 출시했습니다 (그림 1 참조)..

“Micrex-SX SPH5000H”
신뢰할 수있는 이중 컨트롤러 시스템

Shimokawa, Takayuki; 다카하시, 마키코

모니터링 및 제어 시스템은 장비 작동 상태 및 이상을 나타냅니다. 모니터에 대한 정보를 바탕으로 감독자는 모니터링 및 제어 시스템을 통해 장비 및 장치를 운영하도록 지시합니다. 컨트롤러는 현장의 장비 및 장치에서 모니터에 표시되는 정보를 포함하여 다양한 정보를 수집하고 감독자의 지시에 따라 적절한 프로그램을 실행합니다..
수처리 시설과 같은 사회를 지원하는 인프라는 1 년 동안 지속적인 24 시간 운영을 제공해야합니다. 간단한 운영 중단 시간조차도 제공되는 서비스를 방해 할 수있어 비즈니스 운영자에게 상당한 손실이 발생할 수 있습니다. 시설 중단을 피하려면 시스템 모니터링 및 제어 시스템에는 높은 신뢰성이 필요합니다.
이러한 시장 요청을 충족시키기 위해 스포츠 보기 Electric은 통합 컨트롤러 "Micrex-Sx Series"의 새로운 CPU 모듈 인 "Micrex-SX SPH5000H"컨트롤러 (그림 1 참조)를 개발했습니다. 이 모듈은 듀플렉스 시스템에 대한 신뢰성이 높습니다.
그림 2는 MICREX-SX SPH5000H를 사용한 모니터링 및 제어 시스템의 시스템 구성 예를 보여줍니다. 표 1은 MICREX-SX SPH5000H와 "MICREX-SX SPH2000"간의 성능 및 사양의 비교를 보여줍니다.
MICREX-SX SPH5000은 다음 섹션에 설명 된 기능이있어 고도로 신뢰할 수 있고 대규모 모니터링 및 제어 시스템을 구성 할 수 있습니다.

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