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)品化的開發(fā)品。這些產(chǎn)品通過采用損耗比硅低的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）。與該公司原來的配備硅功率元件的5.9kW級產(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，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，封裝由新日本無線負(fù)責(zé)。此外還展示了采用全SiC的9.9kW產(chǎn)品（d）。

開發(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是在日本市場銷售的產(chǎn)品必須通過的認(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，將開關(guān)頻率提高到了原產(chǎn)品2倍的40kHz。歐姆龍沒有公布詳細(xì)情況，不過據(jù)說為了提高開關(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)換電路的線路板削減為一張。以前共使用三塊線路板，包括兩塊安裝過濾器電路的線路板和一塊安裝升壓電路及逆變器電路的線路板。此次通過削減線路板數(shù)量，減少了布線數(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)。該公司解說員介紹說，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)開發(fā)出了配備SiC二極管，并實(shí)現(xiàn)了小型化的車站用再生電力轉(zhuǎn)換裝置“車站輔助電源裝置S-EIV”（圖3）。該裝置用來回收列車制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的再生電力，輸送到車站，輸出功率約為200kW。在鐵路領(lǐng)域，驅(qū)動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)用馬達(dá)的逆變器裝置和驅(qū)動(dòng)車內(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)際的鐵路車輛，不過在面向車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”（該公司解說員）。



3：車站用再生電力轉(zhuǎn)換裝置配備SiC
三菱電機(jī)開發(fā)出了對電車制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的再生電力進(jìn)行轉(zhuǎn)換并傳輸至車站加以利用的“車站輔助電源裝置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推廣該產(chǎn)品。