東芝、新型駆動回路を開発_パワー半導体スイッチングを高効率化

2019.02.19

東芝は、自動車、鉄道、さまざまな電化製品等に搭載されているモータを駆動させるパワー半導体分野で、従来モデルより高効率にスイッチングできる駆動回路を開発。

電力損失を軽減し、集積化により小型化・低コスト化を実現させるモデル。

この新型駆動回路回路は、東芝が新たに開発したフィードバック技術を活用し、温度などの環境変動やモータの動作状態の変動の影響を受けずにスイッチング遷移速度を一定に保てる。

これで、パワー半導体のスイッチング時に生じる電力損失を、同フィードバック技術を適用しない従来の駆動方法と比べ、低負荷時で25%、常温時で20%低減できることを確認した。

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自動車や鉄道、冷蔵庫、エアコン、扇風機などの電化製品に用いられているモータは、パワー半導体が電気の流れのONとOFFを繰り返すことで電流・電圧をコントロールし、高効率に駆動させている。

ONとOFFの切り替えをスイッチングといい、スイッチングにおいてOFFの状態からONの状態に遷移する速度を遷移速度という。

遷移速度が早いと、消費電力が少なくなる一方で、遷移速度が早すぎるとノイズが発生し、機器の誤動作につながりやすくなる。

また、誤動作を防止するため、ノイズの量が大きくなりすぎないように遷移速度には上限が設定されている。

しかし、パワー半導体の温度や負荷の電流等の変化により、遷移速度が遅くなり、消費電力が大きくなってしまうという課題があった。

遷移速度を、環境変化の影響に関らず一定に保つことができれば、電力損失を低減できる。

従来の技術では、パワー半導体の電圧を検出し、遷移速度を常に一定にするフィードバック回路を用いることで電力損失を低減させていた。

遷移速度が変化する主要因が、駆動するパワー半導体とは別にあるダイオードがONからOFFの状態に切り替わる際に逆方向に発生する逆回復電流である場合に、適応できなかった。

そこで東芝は、逆回復電流においても、遷移速度を常に一定にできるフィードバック回路を開発。

同回路は、あるスイッチングにおける電圧の遷移速度を保持し、次のスイッチングのさいに制御を行うフィードバック機能を搭載することで、逆回復電流の影響を受ける遷移速度をコントロールできる。

また、大小異なる2値の抵抗を用いて切り替える方式を用いることで、シンプルな構成で逆回復電流を制御できる。

さらに東芝は、今回開発したフィードバック回路を搭載したパワー半導体をCMOSチップに集積化することに成功。これで、パワー半導体の小型化・低コスト化を実現しつつ、電力損失を低減できる。

TAGS テクノロジー/新技術/新開発 東芝


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