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スイッチング損失の低減とは？課題と対策・製品を解説
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パワーモジュールにおけるスイッチング損失の低減とは？
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現在、TVやPCのDisplay業界はもちろんのこと、車載やゲーム機に至るまでローカルディミングを使った高精細パネル駆動技術が主流となりつつあります。
特にMini-LEDへのシフトによりさらにLEDバックライト分割数を増やした制御が求められております。LEDドライバーICとしては、低コストと省スペースを実現するため、多チャンネル化が求められており、O2Microではこれらを実現する最先端のMini-LED対応のLEDドライバーのラインナップを取り揃えております。
問い合わせ先： omj@o2micro.com
ミニLED対応 多チャンネルLEDドライバーIC
GSI社のバーストSRAMは、高速かつ低消費電力・低発熱です。ＦＴ/PLモードピンの制御により、パイプライン/フロースルー出力の選択が可能です。
GSI社 同期バーストSRAM GS8シリーズ
当社は、高速充放電可能な「ハイブリッドタブ（焼結）」をご提案しています。瞬間的に大パワーが放電でき、より大きな駆動系に使用することが可能。また、溶接部（Ni）と通電部（Cu）を一体化しているため全面通電できます。Niタブを使用することによりハイブリッドタブを使用することで2割以上タブ温度の上昇が抑えられます。
【特長】
■プロジェクションが不要
■タブが薄く溶接が安定
■製造設備のコストダウン
■Niが焼鈍されることで電池との密着性が向上
■焼結により一体化しているため全面通電できる
■組電池（電池パック）の製作時、安定性が向上します。
※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。
電池の温度上昇を抑え、瞬間的に大パワーの発揮を実現する電池タブ
当社が取り扱う『SiC ショットキーバリアダイオード(SBD)』をご紹介します。
当製品の特長である高速逆回復時間(trr)だけでなく、JBS(ジャンクション
バリア ショットキー)構造を採用。
スイッチング電源に要求される低リーク電流(Ir)と高サージ電流を実現した
650Vの製品を提供しています。
【特長】
■高い逆電圧
■JBS(ジャンクション バリア ショットキー)構造を採用
■スイッチング電源に要求される低リーク電流(Ir)と高サージ電流を
実現した650Vの製品を提供
※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。
SiC ショットキーバリアダイオード
ファラッドは、HF、高周波GaN/LDMOSパワートランジスタを設計製造するISO9000/ISO14000認証メーカーInnogrationTechnologies（中国）社製品の取扱いを開始しました。
日本及び世界の半導体製造装置、工業用マイクロ波アンプ・ジェネレータ、4G/5G通信等の用途に数多く実績があります。
高効率・高出力を目指し2.45GHz帯390W GaN HEMT、5GHz帯100W GaNドーハティモジュール。各種パッケージに対応。
※詳しくはPDF資料をダウンロードいただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。
５G、WPT、ISMバンド向けハイパワーGaN/LDMOSを販売
『バイポーラトランジスタ』は、半導体をNPN、または PNPと交互に
接合した素子です。
エミッタ、ベース、コレクタと呼ばれる3つの端子で構成され、
ベース-エミッタ間に微弱な電流を流すとコレクタ-エミッタ間に
数十倍から数百倍の電流が流れます。
主に電圧・信号増幅やスイッチング制御などに用いられる製品です。
【ラインアップ(抜粋)】
■onsemi トランジスタ KSC1815YTA
■Toshiba トランジスタ 2SC2712-Y(F)
■STMicroelectronics トランジスタ TIP31C
■ローム 抵抗内蔵トランジスタ DTC114EKAT146
■Toshiba 抵抗内蔵トランジスタ RN1102(TE85L,F)
※詳しくは関連リンクをご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。
【ディスクリート】バイポーラトランジスタ ラインアップ一覧
『IPM IM818-LCC』は、高性能CIPOS Maxiのトランスファーモールドです。
6個のTRENCHSTOP IGBT4を、最適化された1200V 6チャネル
SOIゲートドライバと共に集積化することで信頼性の向上、
優れた保護、最適化されたPCBサイズとシステムコストを実現。
全チャネルの低電圧ロックアウト、保護時の全スイッチオフ、
上下短絡防止、過電流保護、温度モニターなどの優れた保護機能を
提供します。
【特長】
■優れた保護のために堅牢性を強化したゲートドライバ技術
■高い効率
■最大80kHzの速いスイッチング速度
■低電力損失で高速スイッチングアプリケーションに適合
■設計および製造の簡素化
※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。
トランスファーモールド『IPM IM818-LCC』
『StrongIRFET2 パワーMOSFET』は、幅広いアプリケーションに対応する
インフィニオンのMOSFET技術です。
低周波および高周波の両方のスイッチング周波数に好適。
当製品は、定評のあるStrongIRFET MOSFETを補完し、より高性能な製品を
提供します。
【特長】
■販売パートナーからの幅広い供給
■優れた価格/性能比
■高いスイッチング周波数と低いスイッチング周波数に好適
■高い電流定格
※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。
半導体『StrongIRFET2 パワーMOSFET』
MB85RS1MTは、3.09 x 2.28 x 0.33mmの小型サイズです。両者を実装面積で比較すると、WL-CSPはSOPの約23%に相当し、約77%の実装面積の削減が可能です。
さらに、本小型パッケージは、クレジットカードの約半分となる0.33mmの薄さを実現しており、実装体積比ではSOPの約95%の体積を削減することができます。
リアルタイムログ・データの記録が頻繁に発生するウェアラブルデバイスへ本FeRAMを導入することで、バッテリーの寿命延長あるいは小型化することが可能になります。
■主な仕様
・製品名： MB85RS1MT
・メモリ容量（構成）： 1Mビット（128K x 8ビット）
・インタフェース： SPI （Serial Peripheral Interface)
・動作電源電圧： 1.8V～3.6V
・書込み/読出し保証回数： 10兆回
・データ保持特性： 10年（＋85℃）
・パッケージ： 8ピンWL-CSP、8ピンSOP
1MビットFeRAM「MB85RS1MT」
当社では「GaN基盤」の製造販売を行っております。
GaN(窒化ガリウム)という半導体を使用した基盤。青色発光ダイオードの
材料として世に広まりましたが、絶縁破壊電解強度や熱伝導率の高さが
注目され、近年では先進パワー半導体の材料として応用されています。
ご用命の際は、当社までお気軽にお問い合わせください。
【基本仕様(一部)】
■直径：Φ2"、Φ3"、Φ4"、Φ6"
■GaN膜厚：3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、6μm、～100μm特別指定可能
■結晶方位：C-axis(0001)
■導電タイプ：Un Dope、N-type、P-type
■XRD：(002)≦300arsec、(102)≦400arsec
※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。
GaN基盤
『OZ3705』は、放電通知機能を搭載し、12bit ADコンバータを内蔵した、
3～5cell用のAFE ICです。
絶対最大定格は40V(VCC,VBAT)、推奨動作電圧は5.5V～23.0V(VCC)と
なっております。
当社では、バッテリーマネージメントを多数取り扱っています。
特許取得済みのバッテリーマネージメントユニット(BMU)ICは、
セルバランスアーキテクチャー及び保護メカニズムを提供しており、
高度なレベルの安全性を確保することが出来ます。
【特長】
■3～5cell向けアナログフロントエンド(AFE)IC
■12bit ADコンバータ内蔵(ADC)
■I2C 通信(up to 400KHz)
■自動低消費モード移行(standbyモード)
※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。
3～5cell用AFE IC『OZ3705』
『SHX』は、高導電性カーボン粒子、低抵抗・高密着バインダーを
コーティングした電池用カーボンコートアルミ箔です。
界面抵抗の低減や高速充放電が可能。サイクル特性の向上により
長寿命化に貢献します。
リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタ用集電体に
ご利用いただけます。
【特長】
■界面抵抗低減
■高速充放電可能
■好適バインダー
■サイクル特性の向上
※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。
電池用カーボンコート箔『SHX』
当技術資料は『超低損失酸化ガリウム ショットキーバリアダイオード』
について掲載しています。
当社では、市販のSiC製ショットキーダイオードよりも順方向損失を
最大で40％低減することに成功しました。
開 発したデバイスの大電流駆動化を進め、2021年度からの製品化を目指します。
また「酸化ガリウム トレンチMOSFET」についてもご紹介しています。
【掲載内容】
■超低損失酸化ガリウム ショットキーバリアダイオード
■酸化ガリウム トレンチMOSFET
※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。
【技術資料】超低損失酸化ガリウム ショットキーバリアダイオード
『CPF233AL』は、3波長のレーザーパワーを制御可能にするために
開発されたフロントモニタ用OEICです。
シリアルインターフェースを搭載しており、4つのゲインモードの
選択（ゲイン粗調）と±4.7dBのゲイン調整（ゲイン微調）が可能です。
COB-8PIN（2.4mm×2mm）パッケージの採用により、
小型、薄型ピックアップに適しています。
【仕様】
■パッケージ：2.4mm×2mm LCOB-8ピン
■波長対応：405 nm, 650 nm, 780 nm
■周波数特性：160[MHz]
■スタンバイ機能：あり
■内蔵アンプ特性：Tr/Tf：3[ns]
※詳しくは、お問い合わせください。
レーザーパワーモニタ用フォトIC『CPF233AL』
SDカードの新規格SDXCとSDHCに使用できる超高速インターフェイス「UHS-II」に対するPHY IPソリューションです。
SDカード向けIPコア「SD UHS-II PHY IP」
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パワーモジュールにおけるスイッチング損失の低減
パワーモジュールにおけるスイッチング損失の低減とは？
パワーモジュールのスイッチング損失の低減は、半導体デバイスがオン・オフを切り替える際に発生するエネルギーロスを最小限に抑える技術です。これにより、電力変換効率の向上、発熱量の抑制、デバイス寿命の延長、そしてシステム全体の小型・軽量化が実現されます。特に、電気自動車、再生可能エネルギーシステム、産業用電源など、高効率化が求められる分野で重要な課題となっています。
課題
高速スイッチングに伴うエネルギーロス
パワー半導体は、電力変換のために高速でオン・オフを繰り返しますが、この切り替え時に必ずエネルギーが失われます。このスイッチング損失は、動作周波数が高くなるほど顕著になり、効率低下や発熱の主要因となります。
デバイスの耐圧・耐電流性能とのトレードオフ
高い耐圧や耐電流性能を持つデバイスは、一般的にオン抵抗が高くなり、導通損失が増加します。また、スイッチング特性を改善しようとすると、耐圧や耐電流性能が犠牲になる場合があり、バランスの取れた設計が求められます。
寄生インダクタンスの影響
パワーモジュール内部や配線に含まれる寄生インダクタンスは、スイッチング時の電圧・電流の急峻な変化を引き起こし、スイッチング損失を増大させたり、サージ電圧を発生させたりする原因となります。
熱管理と信頼性の両立
スイッチング損失の低減は発熱抑制に繋がりますが、同時にデバイスの過熱を防ぎ、長期的な信頼性を確保するための高度な熱設計と冷却技術も不可欠です。
対策
低損失デバイス材料の採用
SiC（炭化ケイ素）やGaN（窒化ガリウム）といった次世代パワー半導体材料は、従来のシリコン（Si）に比べてオン抵抗が低く、スイッチング速度も速いため、スイッチング損失を大幅に削減できます。
最適化された回路設計
ソフトスイッチング技術（ZVS、ZCSなど）や、スイッチング波形を緩やかにする回路構成を採用することで、スイッチング時のエネルギーロスを低減します。また、寄生インダクタンスを最小化するレイアウト設計も重要です。
ゲート駆動回路の最適化
デバイスのスイッチング特性を最大限に引き出すためのゲート駆動回路の設計が重要です。適切な駆動電圧や電流、駆動速度を制御することで、スイッチング損失と導通損失のバランスを最適化します。
モジュール構造の改良
寄生インダクタンスを低減する配線構造や、熱伝導率の高い材料を用いたモジュール設計により、デバイスの性能を最大限に引き出し、効率と信頼性を向上させます。
対策に役立つ製品例
次世代パワー半導体チップ
SiCやGaNといった新材料を用いたパワー半導体チップは、従来のSiデバイスと比較して大幅に低いオン抵抗と高速なスイッチング特性を持ち、スイッチング損失を劇的に低減します。
統合型ゲート駆動IC
パワー半導体を最適なタイミングと電流で駆動するための専用ICです。高速かつ正確なスイッチング制御により、スイッチング損失の低減とデバイス保護を両立させます。
低寄生インダクタンス配線基板
パワーモジュール内部の配線パターンを最適化し、寄生インダクタンスを極限まで低減した特殊な基板です。これにより、スイッチング時のサージ電圧や損失を抑制します。
高効率パワーモジュール
上記のような低損失デバイス、最適化された回路、改良されたモジュール構造を組み合わせた完成品のパワーモジュールです。システム全体の効率向上と小型化に貢献します。
