CoolSiC™対象アプリケーション

炭化ケイ素 (SiC) をベースとしたパワー半導体ソリューションの使用は、ここ数年で大きな成長を見せています。 市場発展の原動力となっているのは、エネルギー効率、小型化、システム統合、信頼性の向上などのトレンドです。

CoolSiC™ MOSFETの使用は、同じ重量のインバータの場合、シリコンIGBTベースのソリューションに比べて、ストリングインバータの電力が2倍になります。 CoolSiC™では、電力密度が2.5倍になるので、例を挙げると、50kW（Si）から125kW（SiC）へと増加しますが、重量は80kg以下なので、2人の組立工での作業が可能です。 また、高温時の効率低下もシリコン系のソリューションに比べて大幅に抑えることができ、 99%以上の高効率が期待できます。

インフィニオンのCoolSiC™ MOSFET 650Vおよび1200Vは、電力損失を50%削減し、さらなるエネルギーをもたらします。 蓄電システムではバッテリーパックが総コストの大部分を占めるため、シリコンスーパージャンクションMOSFETからCoolSiC^TM MOSFETに切り替えることにより、バッテリーサイズを大きくすることなく、約2％のエネルギーを追加することができます。

太陽光発電と蓄電を組み合わせることで、再生可能エネルギー分野の需要と供給のバランスを効果的かつ効率的にとることができます。

CoolSiC™ MOSFETは、次世代のサーボドライブ設計に力を発揮します。 シリコンカーバイド (SiC) MOSFETの抵抗特性により、シリコンIGBTソリューションに比べ、損失が最大80％削減され、サーボシステムの負荷プロファイルに最適です。 すべての動作モードでスイッチング損失が低減に加え、IGBTソリューションと同じEMCレベルです。 そのため高い効率、ファンレスのパッシブ冷却の可能性を実現し、メンテナンス作業と材料を効果的に削減します。 また複雑な配線が不要なため、モーターやロボットにコンパクトに組み込むことができます。

CoolSiC™ MOSFETにより、同じ充電ステーションおよび物理サイズで、充電時間が半分になります。1200V SiC 1個で、800VのDCリンク電圧に十分に対応します。スイッチポジションの電圧が2倍になることで、電力密度が2倍になり、同等のSiソリューションに比べて部品点数を50%削減することができます。また、50％低い導通損失と低Coss化による低スイッチング損失により、全体の効率が向上し、冷却の手間も軽減されます。

インフィニオンのCoolSiC™ MOSFETはきわめて高い効率を実現し、オンラインUPSシステムの24時間365日の運用において、エネルギー損失を半減させます。ヒートシンクやフィルター数を削減することができ、サイズ、床面積、パッケージを小さくすることができます。高出力のUPSにCoolSiC™ MOSFETを使用することで、5年間の運用期間における総所有コスト（TCO）が改善されます。最高の効率と信頼性レベルに達することで、冷却要件を下げ、メンテナンスやサービスのコストを低く抑えることができます。

IoTや人工知能を中心としたデジタル化が加速するにつれ、サーバーファームや通信インフラは、資本や運用の支出を抑えながら、増え続けるデータをより速く、より効率的に処理する必要があります。

InfineonのCoolSiC™ MOSFET 650Vは、CCMハーフブリッジ・トーテムポールPFCや二相インターリーブ・ハーフブリッジ・LLCなどの簡略化されたSMPS設計において、BOMコストを削減し、トップ98%の効率レベルを実現するためのシンプルな方法です。

シリコンと比較して、CoolSiC™ MOSFETは、オン抵抗 (R_on) 100°Cで30%改善されています。これにより、CoolSiC™は、5Gスモールセルのような過酷でファンレスの高温動作においても完璧に適合します。CoolSiC™MOSFETを使用すると、シリコンと比較して損失が50％削減され、サーバーとテレコムSMPS設計のシステム信頼性が向上し、電力密度が2倍になり、最高効率（98％）に達する使いやすく費用効果の高い設計が実現します。

xEVメインインバーター用のSiCベースのパワーエレクトロニクスは加速しており、高効率が鍵となるプレミアムカーのセグメントで特に当てはまります。電気ドライブトレインに実装された1200VのCoolSiC™ MOSFETは、より高い電力密度、より少ない冷却作業、より少ない受動部品数により、システムサイズを最大80%削減することができます。

今後数年間は、シリコンベースのソリューションが市場の主流となり続けると思われますが、SiCの勢いは増しています。最近のWLTP調査では、800Vのバッテリーシステムにおいて、SiCベースのメインインバーターは、シリコンベースのインバーターに比べて、航続距離を5～10％伸ばすことができます。さらに、SiCはシリコン製のIGBTに比べて軽負荷時の導通損失が少ないこともわかっています。最近では、後輪駆動のメインインバータにSiCを採用し、前輪駆動のセカンダリインバータにシリコンを採用するという、SiC/Si共存型のトポロジーを採用するOEMが増えており、最終的には効率とコストのバランスが取れたものになっています。

車載用アプリケーションは、より快適な乗車感とデザインの柔軟性を提供するために、当然ながらサイズが制限されています。 これにより、サブシステム統合の要件（オンボード充電器+ HV-LV DC/DCなど）が発生するため、すべての電力スイッチングアプリケーションで電力密度が高くなる傾向があります。 PFCおよびDC/DCステージでのOBC効率が最大1％向上し、お客様の冷却作業を軽減できます。

CoolSiC™自動車用MOSFETは、急速充電またはプレミアムセグメントの車両に必要な800Vシステムに耐えることができます。

アジアで人気のある双方向充電のトレンドは、多くの使用ケース（キャンプ、スマートグリッド、地震時の非常用電源など）のためのストレージとして、オンボードバッテリーを使用する機能を提供します。 厚いゲート酸化物設計を備えた堅牢なCoolSiC™車載用MOSFETは、FIT率が最も低く、アプリケーションでの寿命が最も長くなっています。