探す、比べる、購入する、工事資材のショッピングモール 電材・工具の専門店街

次世代パワー半導体デバイス技術開発で前進、低損失と大出力を実現

１１ｋＷのＳｉＣインバーターで、世界最高値となる電力損失約７０％低減を実証


　三菱電機株式会社（執行役社長：下村　節宏）は、次世代パワー半導体材料として期待されているＳｉＣ（※１）（炭化ケイ素）を用いた１１ｋＷのインバーターが、電力損失を現在主流のＳｉ（ケイ素）パワーデバイス（ＩＧＢＴ（※２））を用いたインバーターに比べて約７０％低減（世界最高値（※３））できることを実証しました。

　（※１）Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｃａｒｂｉｄｅ：炭素とケイ素が１：１の化合物
　（※２）Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスター
　（※３）２００９年２月１８日現在、ＳｉＣインバーターとして


開発の背景　
　インバーターは直流の電力を所望の周波数の交流に変換する装置で、エアコン、冷蔵庫などの家電から電車やエレベーター、ハイブリッド自動車などのモーター制御をはじめ、工場などで使われるバックアップ用電源や太陽光発電システム用パワーコンディショナーの交流電力生成などに幅広く使われています。

　ＳｉＣは、現在使われているＳｉに比べて絶縁破壊電界強度（※４）が約１０倍と高く、高耐圧の次世代パワー半導体材料として期待されています。中でもＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ（※５）の低電力損失と優れたスイッチング性能を生かしたインバーターは、機器の電力利用効率を向上させ、炭酸ガス排出量削減効果をもたらすことから実用化が切望されています。

　当社は２００６年１月に耐圧１２００Ｖ、電流１０Ａ級のＳｉＣデバイス（ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ−ＳＢＤ（※６））を開発し、それを用いたＳｉＣインバーターで、３．７ｋＷ定格の三相モーターの駆動に世界で初めて成功しました。また、その電力損失が、Ｓｉインバーターに比べ５４％低減されていることを実証しました。

　２００７年１０月には３．７ｋＷのＳｉＣインバーターが従来のＳｉインバーターに比べて体積を４分の１に小型化でき、９Ｗ／ｃｍ３の高いパワー密度（※７）が得られることを実証するとともに、さらなる高出力化に向けた５．２ｍｍ角のＳｉＣデバイスを試作して、電流値１００Ａのスイッチング動作を実証しました。

　今回、さらに研究を進めて、ＳｉＣインバーターの低損失化と大出力化を行いました。

　（※４）絶縁破壊電界強度：半導体や絶縁体において絶縁破壊を起こす最大電界強度
　（※５）Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：金属酸化膜半導体電界効果トランジスター
　（※６）Ｓｃｈｏｔｔｋｙ　Ｂａｒｒｉｅｒ　Ｄｉｏｄｅ：半導体と金属の接合時に生じるショットキー障壁を利用したダイオード
　（※７）パワー密度：インバーターの小型化の指標で、出力電力をインバーターの体積で除した値


主な開発成果

１．電力損失を従来比約７０％低減できることを実証
　開発したインバーターは、世界最高レベルの低抵抗値と高速スイッチング特性を実現したＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴを用いるとともに、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴに最適な駆動回路にすることで、電力損失を現在主流のＳｉインバーターに比べて、約７０％低減できることを実証しました。この低減率は世界最高値です。

２．ＳｉＣインバーターとして世界最大クラスの出力１１ｋＷを実証
　２００７年に試作した大面積・大容量のＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ（５．２ｍｍ×５．２ｍｍ）とＳｉＣ−ＳＢＤ（５．２ｍｍ×５．２ｍｍ）デバイスを用いて電流容量を拡大することにより、ＳｉＣインバーターとして世界最大クラスの出力１１ｋＷを実現しました。出力１１ｋＷのインバーターは産業用中容量クラスに相当します。

今後の展開　
　ＳｉＣパワーデバイス（ＭＯＳＦＥＴ、ＳＢＤ）のさらなる低損失化と大容量化を進めるとともに、２０１０年度を目標に、ルームエアコン、業務用エアコン、太陽光発電システム用パワーコンディショナー、エレベーターなどのさまざまな機器への適用を検討していきます。

特許　
　国内１３０件、海外２２件　出願済

　開発にあたって　
今回の開発の一部は、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ技術開発機構）の委託研究として実施したものです。