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配線インダクタンス低減とは?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配線インダクタンス低減とは?
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パワーモジュールにおける配線インダクタンス低減
パワーモジュールにおける配線インダクタンス低減とは?
パワーモジュールは、電力変換におい て重要な役割を担いますが、内部の配線にはインダクタンス成分が存在します。この配線インダクタンスは、スイッチング時の過電圧や過電流、ノイズ発生の原因となり、パワーモジュールの性能低下や信頼性低下を招きます。そのため、配線インダクタンスを低減することは、高効率化、高信頼性化、小型化を実現する上で不可欠な技術です。
課題
高周波スイッチング時の過電圧発生
配線インダクタンスに電流変化が加わることで、逆起電力が発生し、スイッチング素子に過大な電圧ストレスを与えます。これにより、素子の破壊や寿命低下のリスクが高まります。
EMIノイズの増大
配線インダクタンスは、電流の急峻な変化を妨げるため、EMI(電磁干渉)ノイズの発生源となります。これは、周辺電子機器への悪影響や、システム全体の誤動作を引き起こす可能性があります。
電力変換効率の低下
配線インダクタンスによるエネルギー損失は、特に高周波動作時において無視できなくなり、パワーモジュール全体の電力変換効率を低下させます。これは、発熱量の増加にも繋がります。
モジュールサイズの制約
配線インダクタンスを低減するための構造や配置の工夫が、モジュール全体のサイズや形状に制約を与える場合があります。特に、高密度実装が求められるアプリケーションでは課題となります。
対策
配線経路の最適化
電流経路を短く、かつループ面積を最小限にするように配線設計を行います。これにより、インダクタンス成分を物理的に低減します。
バスバー構造の採用
従来のワイヤーボンディングに代わり、導電性の高いバスバーを用いることで、配線抵抗とインダクタンスを同時に低減します。また、大電流に対応しやすくなります。
積層構造による近接配置
パワー素子や配線を積層構造で配置し、互いの距離を近づけることで、寄生インダクタンスを効果的に低減します。これにより、モジュール全体の小型化にも貢献します。
高導電率材料の活用
配線材料として、銅よりも導電率の高い材料や、低インダクタンス特性を持つ特殊な材料を採用することで、配線インダクタンスの低減を図ります。
対策に役立つ製品例
低インダクタンスバスバー
高導電率材料と最適化された形状により、電流経路のインダクタンスを大幅に低減し、スイッチング損失やノイズを抑制します。
積層型パワーモジュール基板
複数の導電層と絶縁層を積層することで、素子間の距離を最小化し、寄生インダクタンスを低減した高密度実装を可能にします。
一体型配線コネクタ
パワーモジュールと外部回路を接続する際に、インダクタンス成分を最小限に抑えるように設計されたコネクタです。信号経路の最適化に貢献します。
高密度配線用導電シート
薄型で柔軟性があり、高い導電率を持つシート状の材料です。複雑な配線経路でもインダクタンスを低減し、モジュール設計の自由度を高めます。
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