光伏發(fā)電領(lǐng)域和鐵路領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步推進(jìn)SiC及GaN等新一代功率半導(dǎo)體的采用。在2014年2月舉行的智能電網(wǎng)展會(huì)“第5屆國(guó)際智能電網(wǎng)EXPO”上，相關(guān)企業(yè)紛紛展示了預(yù)定2014～2015年前后實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化的開(kāi)發(fā)品。這些產(chǎn)品通過(guò)采用損耗比硅低的SiC和GaN功率半導(dǎo)體元件，均實(shí)現(xiàn)了高效率和小型化。

確保JET認(rèn)證的水平




歐姆龍開(kāi)發(fā)出了二極管和晶體管都采用SiC、輸出功率為5.9kW的“全SiC”功率調(diào)節(jié)器（圖1）。與該公司原來(lái)的配備硅功率元件的5.9kW級(jí)產(chǎn)品相比，電力損失和體積均減少約一半。直流330V輸入、5.5kW輸出時(shí)的轉(zhuǎn)換效率為97.3％，尺寸為550mm×280mm×195mm。

1：全SiC功率調(diào)節(jié)器將于2015年度投產(chǎn)

歐姆龍開(kāi)發(fā)出了二極管和晶體管均采用SiC功率元件的功率調(diào)節(jié)器。輸出功率為5.9kW級(jí)，計(jì)劃2015年度內(nèi)投產(chǎn)（a、b）。采用了在TO247封裝中集成SiC MOSFET和SBD的產(chǎn)品（c）。此次展示的產(chǎn)品均采用電裝的芯片，封裝由新日本無(wú)線(xiàn)負(fù)責(zé)。此外還展示了采用全SiC的9.9kW產(chǎn)品（d）。

開(kāi)發(fā)品的特點(diǎn)是，性能和成本兩方面都“接近實(shí)際產(chǎn)品”（歐姆龍）。性能方面，經(jīng)歐姆龍驗(yàn)證已達(dá)到JET（電氣安全環(huán)境研究所）標(biāo)準(zhǔn)，JET是在日本市場(chǎng)銷(xiāo)售的產(chǎn)品必須通過(guò)的認(rèn)證。

該公司在成本方面采取了三項(xiàng)措施：第一，在SiC功率元件中采用分立器件，與采用配備SiC二極管和晶體管的功率模塊時(shí)相比削減了成本。一般情況下，與分立器件相比，模塊品更適合抑制電涌等電磁噪聲，但單價(jià)較高。SiC功率元件此次采用了電裝開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品。

第二，改變了電抗器的核心材料。為了縮小電抗器等周邊部件的尺寸，將開(kāi)關(guān)頻率提高到了原產(chǎn)品2倍的40kHz。歐姆龍沒(méi)有公布詳細(xì)情況，不過(guò)據(jù)說(shuō)為了提高開(kāi)關(guān)頻率新采用了低損耗且價(jià)格低的核心材料，核心材料是其他公司生產(chǎn)的。

第三，把電力轉(zhuǎn)換電路的線(xiàn)路板削減為一張。以前共使用三塊線(xiàn)路板，包括兩塊安裝過(guò)濾器電路的線(xiàn)路板和一塊安裝升壓電路及逆變器電路的線(xiàn)路板。此次通過(guò)削減線(xiàn)路板數(shù)量，減少了布線(xiàn)數(shù)量和組裝步驟等，從而削減了成本。

歐姆龍打算在SiC功率元件的價(jià)格降到該公司期望的水平后立即投產(chǎn)全SiC功率調(diào)節(jié)器。預(yù)計(jì)2015年前后價(jià)格會(huì)降到這一水平，因此計(jì)劃2015年度內(nèi)投產(chǎn)。

GaN功率調(diào)節(jié)器即將量產(chǎn) 

安川電機(jī)將投產(chǎn)采用GaN功率元件、輸出功率為4.5kW的功率調(diào)節(jié)器（圖2）。該公司一直在推進(jìn)開(kāi)發(fā)，現(xiàn)在在性能和成本方面的實(shí)用化都有了眉目，將在2014年上半年量產(chǎn)。該公司解說(shuō)員介紹說(shuō)，性能參數(shù)“正在驗(yàn)證階段，估計(jì)（投產(chǎn)之前）能達(dá)到JET認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)”。該產(chǎn)品的特點(diǎn)是，與該公司原來(lái)的配備硅功率元件的4.5kW產(chǎn)品相比，體積減小了40％左右，電力損失可降低約一半。



2：安川電機(jī)決定量產(chǎn)配備GaN的功率調(diào)節(jié)器
安川電機(jī)決定2014年上半年量產(chǎn)此前一直在開(kāi)發(fā)的、配備GaN功率元件的4.5kW功率調(diào)節(jié)器。與配備硅功率元件的原產(chǎn)品相比，體積削減了40％左右。

在鐵路領(lǐng)域，三菱電機(jī)開(kāi)發(fā)出了配備SiC二極管，并實(shí)現(xiàn)了小型化的車(chē)站用再生電力轉(zhuǎn)換裝置“車(chē)站輔助電源裝置S-EIV”（圖3）。該裝置用來(lái)回收列車(chē)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的再生電力，輸送到車(chē)站，輸出功率約為200kW。在鐵路領(lǐng)域，驅(qū)動(dòng)車(chē)輛驅(qū)動(dòng)用馬達(dá)的逆變器裝置和驅(qū)動(dòng)車(chē)內(nèi)空調(diào)等的“輔助電源”安裝了SiC二極管，其中一部分已配備于實(shí)際的鐵路車(chē)輛，不過(guò)在面向車(chē)站的再生電力用電力轉(zhuǎn)換器上采用SiC功率元件還屬于“業(yè)界首次”（該公司解說(shuō)員）。



3：車(chē)站用再生電力轉(zhuǎn)換裝置配備SiC
三菱電機(jī)開(kāi)發(fā)出了對(duì)電車(chē)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的再生電力進(jìn)行轉(zhuǎn)換并傳輸至車(chē)站加以利用的“車(chē)站輔助電源裝置S-EIV”。特點(diǎn)是，配備SiC二極管，實(shí)現(xiàn)了小型化。目前正在車(chē)站中進(jìn)行驗(yàn)證。

三菱電機(jī)目前正以實(shí)用化為前提在車(chē)站中利用該裝置實(shí)施運(yùn)行驗(yàn)證。該公司還打算在海外市場(chǎng)推廣該產(chǎn)品。