自動化とインバーターの増加が産業や家庭に革命をもたらしている時代において、快適なライフスタイルの追求は、効率的で信頼性の高い電力管理ソリューションにますます依存するようになっています。 より多くのデバイスやシステムが私たちの日常生活に統合されるにつれて、最適なエネルギー使用法を確保することは、経済的理由と環境的理由の両方から非常に重要です。 この需要は、電力効率と性能の向上に重要な役割を果たす電力制御および変換技術の進歩を促進します。
力率が高いほど、無効電力の形で浪費されるエネルギーが少なくなるため、力率は電気システムの効率の重要な決定要因です。 力率を最適化することで、企業や家庭はエネルギー消費量とコストを大幅に削減し、より持続可能な電力使用につながります。 一部の地域では、効率的にエネルギーを消費し、電力網への負担を軽減するために、力率改善(PFC)が法律で義務付けられています。
今日のスイッチング電源とインバータの大部分は、従来のPFCトポロジを使用しており、そのシンプルさ、低コスト、および信頼性を活用しています。 これらの従来のPFCソリューションに共通する特徴は、シリコンMOSFETまたは絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)の使用です。 一般的な問題は、スイッチング損失と熱放散であり、大電力と小型化が困難になります。
市場がますます低コストでより大きい電力を供給できる小型デバイスへと向かうにつれて、GaN FETが重要な役割を果たし始めています。 効率やサイズの改善など、GaN FETで達成可能な性能は、システム全体のコストにプラスの影響を与える可能性があります。
このルネサスのソリューションは、シリコンデバイスをルネサスのGaN FETに置き換えるだけで、システム効率と電力密度を簡単に向上できることを実証しています(下図を参照)。
このシステムのキーコンポーネントはMCUであり、安定した信頼性の高いシステム性能を保証します。 最近ではマイコンのコアは一般的になっており、外付け部品の必要性を減らし、電源回路制御を効率化するペリフェラルの価値が高まっています。
ルネサスは、モータ制御専用MCUおよびMPUの幅広いポートフォリオを提供しています。
GaN FETのユニークな機能により、システム全体の性能向上はすぐに顕著に現れます。
- ハードおよびソフトスイッチ回路の効率向上
- 電力密度の向上
- システムのサイズと重量の低減
- よりシンプルな放熱設計
- システム全体のコストを削減
ルネサスのGaN FETの次の非常に重要な利点は、ほとんどのデバイスを一般的に使用されるゲートドライバで駆動できることです。 この機能により、システムのアップグレードが容易になり、効率が大幅に向上します。
GaN FETは今日のパワーエレクトロニクスの主役ですが、他の部品と組み合わせて動作し、システム全体の性能を向上させることを忘れてはなりません。 特に、ロジックコンポーネントは見落とされたり、最後に考えられたりすることがよくあります。 主な欠点は、コストが正当化するよりも多くのPCBスペースを占有し、通常、複数のコンポーネントが必要になることです。 当社は、ルネサス独自のプログラマブル・ミックスド・シグナル・デバイスであるGreenPAK™およびHVPAK™を活用することで、この課題に取り組んでいます。 このソリューションでは、HVPAKは過電圧保護と放電制御に使用され、複雑なステートマシンを含むスタンドアロンモードで動作する比較的小型のデバイスであり、信頼性の高いハードウェア機能を保証します。 GreenPAKは、選択したMCUにこの機能がない場合、ハードウェアでシンプルで信頼性の高いPWMオーバーラップ保護を可能にします。
全体の傾向を見ると、モータ制御やインバータシステムも小型化・高出力化が進んでいます。 このことは、電力密度を高めながら、同時に総部品点数とソリューション・サイズを最小化するソリューションに対する需要を浮き彫りにしています。
詳細については、「GaN FET搭載力率改善(PFC)を備えた1.2kW高電圧インバータ」のウィニングコンビネーションをその他のウィニングコンビネーションの詳細と市場投入までの期間を短縮するためにそれらがどのように役立つかについては https://renesas.com/win をご覧ください。