光伏功率调节器及铁路用SiC/GaN产品未来两年纷纷登场

31 03月 2014

2014-03-31 07:57

光伏发电领域和铁路领域将进一步推进SiC及GaN等新一代功率半导体的采用。在2014年2月举行的智能电网展会“第5届国际智能电网EXPO”上，相关企业纷纷展示了预定2014～2015年前后实现产品化的开发品。这些产品通过采用损耗比硅低的SiC和GaN功率半导体元件，均实现了高效率和小型化。

确保JET认证的水平

欧姆龙开发出了二极管和晶体管都采用SiC、输出功率为5.9kW的“全SiC”功率调节器(图1)。与该公司原来的配备硅功率元件的5.9kW级产品相比，电力损失和体积均减少约一半。直流330V输入、5.5kW输出时的转换效率为97.3％，尺寸为550mm×280mm×195mm。

1：全SiC功率调节器将于2015年度投产

欧姆龙开发出了二极管和晶体管均采用SiC功率元件的功率调节器。输出功率为5.9kW级，计划2015年度内投产(a、b)。采用了在TO247封装中集成SiC MOSFET和SBD的产品(c)。此次展示的产品均采用电装的芯片，封装由新日本无线负责。此外还展示了采用全SiC的9.9kW产品(d)。

开发品的特点是，性能和成本两方面都“接近实际产品”(欧姆龙)。性能方面，经欧姆龙验证已达到JET(电气安全环境研究所)标准，JET是在日本市场销售的产品必须通过的认证。

该公司在成本方面采取了三项措施：第一，在SiC功率元件中采用分立器件，与采用配备SiC二极管和晶体管的功率模块时相比削减了成本。一般情况下，与分立器件相比，模块品更适合抑制电涌等电磁噪声，但单价较高。SiC功率元件此次采用了电装开发的产品。

第二，改变了电抗器的核心材料。为了缩小电抗器等周边部件的尺寸，将开关频率提高到了原产品2倍的40kHz。欧姆龙没有公布详细情况，不过据说为了提高开关频率新采用了低损耗且价格低的核心材料，核心材料是其他公司生产的。

第三，把电力转换电路的线路板削减为一张。以前共使用三块线路板，包括两块安装过滤器电路的线路板和一块安装升压电路及逆变器电路的线路板。此次通过削减线路板数量，减少了布线数量和组装步骤等，从而削减了成本。

欧姆龙打算在SiC功率元件的价格降到该公司期望的水平后立即投产全SiC功率调节器。预计2015年前后价格会降到这一水平，因此计划2015年度内投产。

GaN功率调节器即将量产

安川电机将投产采用GaN功率元件、输出功率为4.5kW的功率调节器(图2)。该公司一直在推进开发，现在在性能和成本方面的实用化都有了眉目，将在2014年上半年量产。该公司解说员介绍说，性能参数“正在验证阶段，估计(投产之前)能达到JET认证标准”。该产品的特点是，与该公司原来的配备硅功率元件的4.5kW产品相比，体积减小了40％左右，电力损失可降低约一半。

2：安川电机决定量产配备GaN的功率调节器

安川电机决定2014年上半年量产此前一直在开发的、配备GaN功率元件的4.5kW功率调节器。与配备硅功率元件的原产品相比，体积削减了40％左右。

在铁路领域，三菱电机开发出了配备SiC二极管，并实现了小型化的车站用再生电力转换装置“车站辅助电源装置S-EIV”(图3)。该装置用来回收列车制动时产生的再生电力，输送到车站，输出功率约为200kW。在铁路领域，驱动车辆驱动用马达的逆变器装置和驱动车内空调等的“辅助电源”安装了SiC二极管，其中一部分已配备于实际的铁路车辆，不过在面向车站的再生电力用电力转换器上采用SiC功率元件还属于“业界首次”(该公司解说员)。