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Toshiba integriert erstmals einen Hochleistungs-Treiber-IC zur Steuerung von Leistungshalbleitern der nächsten Generation in einem einzigen Chip
-Der weltweit erste gemischte Analog-Digital-IC reduziert das Rauschen um 51 % und trägt zur Verwirklichung einer kohlenstoffneutralen Gesellschaft bei, indem die Größe und Effizienz von Motorantriebsschaltungen und DC-AC-Wandlern reduziert wird-
29 Oktober 2021
Toshiba Corporation
Überblick
TOKYO─Toshiba Corporation (TOKYO: 6502) hat die weltweit erste erfolgreiche Herstellung von Hochleistungsschaltungen mit analog-digitaler Integration auf einem integrierten Single-Chip-Treiber demonstriert Schaltung (IC) zur Ansteuerung von Leistungshalbleitern der nächsten Generation (*1). Der entwickelte IC erkennt die Spannung und aktuellen Status von Leistungshalbleitern bei ultrahohen Geschwindigkeiten von 2 µs oder weniger, und die Feinsteuerung reduziert das von Leistungshalbleitern erzeugte Rauschen um bis zu 51 %. Theoretische Berechnungen bestätigen auch, dass die Verlustleistung beim Antrieb des Motors im Vergleich zu einer äquivalenten Geräuschreduzierung mit herkömmlichen Methoden um 25 % reduziert werden kann. Im Falle eines Kurzschlusses oder einer anderen Störung wird die Stromversorgung Halbleiter kann sofort geschützt werden, um Beschädigungen zu vermeiden.
Dieser Kurs ist ein Technologie das die Leistung von Leistungshalbleitern der nächsten Generation maximiert. Es wird zur Verwirklichung einer COXNUMX-neutralen Gesellschaft beitragen, indem es zur Miniaturisierung, hohen Effizienz und hohen Zuverlässigkeit der Motorantriebsschaltungen und DC-AC-Wandler beiträgt, die in Elektrofahrzeugen, Industrieanlagen, intelligenten Stromnetzen usw. verwendet werden.
Hintergrund der Entwicklung
Leistungshalbleiter steuern Spannungen und Ströme. Sie werden in vielen Anwendungen zum Antrieb von Motoren und zur Gleich-Wechselstrom-Umwandlung eingesetzt. Um eine COXNUMX-neutrale Gesellschaft zu verwirklichen, ist es von entscheidender Bedeutung, die Effizienz zu verbessern und die Größe von Leistungshalbleitern und Leistungswandlern zu reduzieren. Darüber hinaus die Leistung Halbleiter Der Markt wächst jedes Jahr weiter und der globale Markt für Treiber-ICs zur Steuerung von Leistungshalbleitern ist von etwa 140 Milliarden Yen im Jahr 2017 auf etwa 180 Milliarden Yen im Jahr 2021 gewachsen, und es wird erwartet, dass dieser Trend auch in Zukunft anhält (*2).
Derzeit sind Geräte wie Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBT) (*3) und Silizium-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (Si-MOSFET) (*4) werden typischerweise für Leistungshalbleiter verwendet. Eine weitere Verbesserung der Effizienz erfordert eine Reduzierung des Leistungsverlusts, der bei der Leistungsumwandlung auftritt, und erfordert daher die Entwicklung von Leistungshalbleitern der nächsten Generation mit verlustarmen Eigenschaften wie Siliziumkarbid MOSFET (SiC-MOSFET) (*5) schreitet voran. Leistungshalbleiter der nächsten Generation werden den Leistungsverlust bei der Stromumwandlung reduzieren, einen hohen Wirkungsgrad erreichen und die Wärmeableitung erleichtern, wodurch eine Reduzierung von Größe und Gewicht ermöglicht wird. Wenn diese Geräte jedoch mit herkömmlichen Schaltungsmethoden gesteuert werden, geht die Reduzierung des Leistungsverlusts auf Kosten eines erhöhten Rauschens. Darüber hinaus schrumpfen die Wärmeableitungspfade, so dass im unwahrscheinlichen Fall eines Kurzschlusses oder eines anderen Fehlers die Temperatur sofort ansteigt, was den Bruch von Halbleiterelementen erleichtert.
Es wurde an Technologien zur Rauschreduzierung in Leistungshalbleitern der nächsten Generation durch Verbesserung von Steuerverfahren geforscht, aber die Flexibilität bei der Rauschreduzierung war problematisch, da sich das optimale Verfahren dafür je nach Spannungs- und Stromzustand des Leistungshalbleiterelements unterscheidet. Außerdem erfordern herkömmliche Verfahren Systemdesigner, Fehlererkennungs- und Schutzfunktionen für Kurzschlüsse und dergleichen über einen Mikrocomputer zu implementieren, und die inhärente Verzögerung kann zu einer Beschädigung des Elements führen.
Merkmale der Technologie
Toshiba hat dieses Problem mit der Entwicklung des weltweit ersten Hochleistungs-Single-Chip-Gate-Treiber-ICs mit gemischten analogen und digitalen Schaltungen angegangen. Herkömmlicherweise erforderte die Realisierung einer hohen Funktionalität, wie sie von diesem IC bereitgestellt wird, Konfigurationen unter Verwendung vieler einzelner Halbleiterkomponenten, wie beispielsweise Signalwandler, Speicher, Operationsschaltungen und Verstärkerschaltungen. Das Zusammenbauen von analogen und digitalen Schaltungen ermöglicht jedoch die Verwendung einer analogen Schaltung zum Erfassen von Spannung und Strom in Leistungshalbleiterelementen sowie einer digitalen Schaltung zum Auswählen eines Steuerverfahrens basierend auf den Erfassungsergebnissen, wodurch eine optimale Steuerung durch ein einziges Chip ohne viele Teile. Der entwickelte Halbleiter hat auch einen Speicher zum Speichern von Steuerverfahren, und während der Steuerung realisiert eine Auflösungsverbesserungsschaltung, die digitale Niedergeschwindigkeits- und analoge Hochgeschwindigkeitsschaltungen kombiniert, eine geeignete Feinsteuerung, indem analoge Schaltungen nur für diejenigen Teile verwendet werden, die eine Hochgeschwindigkeitssteuerung erfordern.
Toshiba hat außerdem eine analoge Signalvorverarbeitungstechnologie entwickelt, die nur die für die Steuerung und Fehlererkennung erforderlichen Funktionen aus den Hochgeschwindigkeits-Spannungs- und Stromsignalen von Leistungshalbleitern extrahiert und so die Fehlererkennung mit einem langsamen Analog-zu-Digital- Konverter. Es ist somit nicht erforderlich, einen Mikrocomputer zu durchlaufen, was eine sofortige Erkennung von Kurzschlüssen und anderen Fehlern ermöglicht.
Dieser IC kann auch durch kostengünstige komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS) (*6) Prozesstechnologien realisiert werden, die mit bestehenden Fertigungsanlagen kompatibel sind. Mit diesem IC ist es dem Unternehmen gelungen, einen 1.2-kV-SiC-MOSFET-Leistungshalbleiter zu steuern und dessen Stoßspannung, eine der Hauptursachen für die Rauscherzeugung, um 51 % zu reduzieren, ohne die Verlustleistung zu erhöhen. Die Verwendung herkömmlicher Methoden zur Reduzierung des äquivalenten Stoßes würde den Verlust beim Antrieb des Motors erhöhen, aber theoretische Berechnungen zeigen eindeutig, dass die Verwendung dieses ICs den Leistungsverlust um 25 % reduzieren kann. Dem IC gelang auch die Fehlerzustandserkennung bei Geschwindigkeiten von nur 2 µs ohne Verwendung eines Mikrocomputers. Diese Eigenschaften sollen die Leistung von Leistungshalbleitern der nächsten Generation maximieren.
Abbildung 2: Rauschunterdrückungseffekt bei der Ansteuerung eines SiC-MOSFET-Leistungshalbleiters und die Ergebnisse einer schnellen Fehlererkennung.
Zukünftige Entwicklungen
Die Toshiba-Gruppe strebt den praktischen Einsatz des entwickelten ICs bis 2025 an. Leistungselektronik ist ein Schwerpunktmarkt für die Toshiba-Gruppe, die weiterhin Technologien rund um diesen IC entwickeln wird. Die Gruppe wird die Anwendung von Leistungshalbleitern der nächsten Generation in verschiedenen Energieumwandlungssystemen vorantreiben und so zur Reduzierung von CO . beitragen2 -Emissionen durch höhere Effizienz von Leistungshalbleitern und die Verwirklichung einer klimaneutralen Gesellschaft.
*1: Diese Technologie wurde auf dem IEEE Energy Conversion Congress and Exposition 2021 vorgestellt, einer internationalen IEEE-Konferenz, die vom 10. bis 14. Oktober 2021 online stattfand.
*2: Quelle:
https://s3.i-micronews.com/uploads/2019/01/YDPE17009_Gate_Driver_Market_and_Technology_Trends_Report_2017_Flyer.pdf(685KB)
*3: IGBT: Ein bipolarer Transistor mit einem MOSFET in der Basis eingebaut.
*4: Si-MOSFET: Ein Typ von Transistor besser geeignet für Low-Power-High-Speed-Betrieb im Vergleich zu IGBTs.
*5: SiC-MOSFET: Ein Leistungshalbleiter aus einem neuen Material, SiC.
*6: CMOS: Eine Art von Halbleiterschaltung, die in PCs und vielen anderen elektronischen Geräten verwendet wird.
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Toshiba integriert erstmals einen Hochleistungs-Treiber-IC zur Steuerung von Leistungshalbleitern der nächsten Generation in einem einzigen Chip
-Der weltweit erste gemischte Analog-Digital-IC reduziert das Rauschen um 51 % und trägt zur Verwirklichung einer kohlenstoffneutralen Gesellschaft bei, indem die Größe und Effizienz von Motorantriebsschaltungen und DC-AC-Wandlern reduziert wird-
29 Oktober 2021
Toshiba Corporation
Überblick
Die TOKYO─Toshiba Corporation (TOKYO: 6502) hat die weltweit erste erfolgreiche Herstellung von Hochleistungsschaltungen mit analog-digitaler Integration auf einer integrierten Treiberschaltung (IC) mit einem einzigen Chip zur Steuerung von Leistungshalbleitern der nächsten Generation demonstriert (*1). Der entwickelte IC erkennt den Spannungs- und Stromstatus von Leistungshalbleitern mit ultrahohen Geschwindigkeiten von 2 µs oder weniger, und eine Feinsteuerung reduziert das von Leistungshalbleitern erzeugte Rauschen um bis zu 51 %. Theoretische Berechnungen bestätigen auch, dass die Verlustleistung beim Antrieb des Motors im Vergleich zu einer äquivalenten Geräuschreduzierung mit herkömmlichen Methoden um 25 % reduziert werden kann. Im Falle eines Kurzschlusses oder einer anderen Fehlfunktion kann der Leistungshalbleiter sofort geschützt werden, um Beschädigungen zu vermeiden.
Dies ist eine Technologie, die die Leistung von Leistungshalbleitern der nächsten Generation maximiert. Es wird zur Verwirklichung einer klimaneutralen Gesellschaft beitragen, indem es die Miniaturisierung, den hohen Wirkungsgrad und die hohe Zuverlässigkeit der Motorantriebskreise und DC-AC-Wandler unterstützt, die in Elektrofahrzeugen, Industrieanlagen, intelligenten Stromnetzen usw. verwendet werden.
Hintergrund der Entwicklung
Leistungshalbleiter steuern Spannungen und Ströme. Sie werden in vielen Anwendungen zum Antrieb von Motoren und zur DC-AC-Leistungsumwandlung verwendet. Um eine klimaneutrale Gesellschaft zu verwirklichen, ist es entscheidend, die Effizienz zu verbessern und die Größe von Leistungshalbleitern und Leistungswandlern zu reduzieren. Darüber hinaus wächst der Markt für Leistungshalbleiter jedes Jahr weiter, und der Weltmarkt für Treiber-ICs zur Steuerung von Leistungshalbleitern ist von ca. 140 Milliarden Yen im Jahr 2017 auf ca. 180 Milliarden Yen im Jahr 2021 gewachsen, und dieser Trend soll sich auch in Zukunft fortsetzen (*2).
Derzeit werden typischerweise Bauelemente wie Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBT) (*3) und Silizium-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (Si-MOSFET) (*4) für Leistungshalbleiter verwendet. Eine weitere Verbesserung der Effizienz erfordert eine Reduzierung der bei der Leistungsumwandlung auftretenden Verlustleistung. Daher schreitet die Entwicklung von Leistungshalbleitern der nächsten Generation mit verlustarmen Eigenschaften wie Siliziumkarbid-MOSFET (SiC-MOSFET) (*5) voran. Leistungshalbleiter der nächsten Generation werden die Verlustleistung bei der Leistungsumwandlung reduzieren, einen hohen Wirkungsgrad erzielen und die Wärmeableitung erleichtern, wodurch sowohl Größe als auch Gewicht reduziert werden können. Wenn diese Geräte jedoch mit herkömmlichen Schaltungsverfahren gesteuert werden, geht die Reduzierung der Verlustleistung auf Kosten eines erhöhten Rauschens. Darüber hinaus schrumpfen die Wärmeableitungspfade, sodass im unwahrscheinlichen Fall eines Kurzschlusses oder eines anderen Fehlers die Temperatur sofort ansteigt, was das Brechen von Halbleiterelementen erleichtert.
Es wurde an Technologien zur Rauschreduzierung in Leistungshalbleitern der nächsten Generation durch Verbesserung von Steuerverfahren geforscht, aber die Flexibilität bei der Rauschreduzierung war problematisch, da sich das optimale Verfahren dafür je nach Spannungs- und Stromzustand des Leistungshalbleiterelements unterscheidet. Außerdem erfordern herkömmliche Verfahren Systemdesigner, Fehlererkennungs- und Schutzfunktionen für Kurzschlüsse und dergleichen über einen Mikrocomputer zu implementieren, und die inhärente Verzögerung kann zu einer Beschädigung des Elements führen.
Merkmale der Technologie
Toshiba hat dieses Problem mit der Entwicklung des weltweit ersten Hochleistungs-Single-Chip-Gate-Treiber-ICs mit gemischten analogen und digitalen Schaltungen angegangen. Herkömmlicherweise erforderte die Realisierung einer hohen Funktionalität, wie sie von diesem IC bereitgestellt wird, Konfigurationen unter Verwendung vieler einzelner Halbleiterkomponenten, wie beispielsweise Signalwandler, Speicher, Operationsschaltungen und Verstärkerschaltungen. Das Zusammenbauen von analogen und digitalen Schaltungen ermöglicht jedoch die Verwendung einer analogen Schaltung zum Erfassen von Spannung und Strom in Leistungshalbleiterelementen sowie einer digitalen Schaltung zum Auswählen eines Steuerverfahrens basierend auf den Erfassungsergebnissen, wodurch eine optimale Steuerung durch ein einziges Chip ohne viele Teile. Der entwickelte Halbleiter hat auch einen Speicher zum Speichern von Steuerverfahren, und während der Steuerung realisiert eine Auflösungsverbesserungsschaltung, die digitale Niedergeschwindigkeits- und analoge Hochgeschwindigkeitsschaltungen kombiniert, eine geeignete Feinsteuerung, indem analoge Schaltungen nur für diejenigen Teile verwendet werden, die eine Hochgeschwindigkeitssteuerung erfordern.
Toshiba hat außerdem eine analoge Signalvorverarbeitungstechnologie entwickelt, die nur die für die Steuerung und Fehlererkennung erforderlichen Funktionen aus den schnellen Spannungs- und Stromsignalen von Leistungshalbleitern extrahiert und die Fehlererkennung mit einem langsamen Analog-Digital-Wandler ermöglicht. Es ist somit nicht erforderlich, einen Mikrocomputer zu durchlaufen, was eine sofortige Erkennung von Kurzschlüssen und anderen Fehlern ermöglicht.
Dieser IC kann auch durch kostengünstige komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS) (*6) Prozesstechnologien realisiert werden, die mit bestehenden Fertigungsanlagen kompatibel sind. Mit diesem IC ist es dem Unternehmen gelungen, einen 1.2-kV-SiC-MOSFET-Leistungshalbleiter zu steuern und dessen Stoßspannung, eine der Hauptursachen für die Rauscherzeugung, um 51 % zu reduzieren, ohne die Verlustleistung zu erhöhen. Die Verwendung herkömmlicher Methoden zur Reduzierung des äquivalenten Stoßes würde den Verlust beim Antrieb des Motors erhöhen, aber theoretische Berechnungen zeigen eindeutig, dass die Verwendung dieses ICs den Leistungsverlust um 25 % reduzieren kann. Dem IC gelang auch die Fehlerzustandserkennung bei Geschwindigkeiten von nur 2 µs ohne Verwendung eines Mikrocomputers. Diese Eigenschaften sollen die Leistung von Leistungshalbleitern der nächsten Generation maximieren.
Abbildung 2: Rauschunterdrückungseffekt bei der Ansteuerung eines SiC-MOSFET-Leistungshalbleiters und die Ergebnisse einer schnellen Fehlererkennung.
Zukünftige Entwicklungen
Die Toshiba-Gruppe strebt den praktischen Einsatz des entwickelten ICs bis 2025 an. Leistungselektronik ist ein Schwerpunktmarkt für die Toshiba-Gruppe, die weiterhin Technologien rund um diesen IC entwickeln wird. Die Gruppe wird die Anwendung von Leistungshalbleitern der nächsten Generation in verschiedenen Energieumwandlungssystemen vorantreiben und so zur Reduzierung von CO . beitragen2 -Emissionen durch höhere Effizienz von Leistungshalbleitern und die Verwirklichung einer klimaneutralen Gesellschaft.
*1: Diese Technologie wurde auf dem IEEE Energy Conversion Congress and Exposition 2021 vorgestellt, einer internationalen IEEE-Konferenz, die vom 10. bis 14. Oktober 2021 online stattfand.
*2: Quelle:
https://s3.i-micronews.com/uploads/2019/01/YDPE17009_Gate_Driver_Market_and_Technology_Trends_Report_2017_Flyer.pdf(685KB)
*3: IGBT: Ein Bipolartransistor mit einem in die Basis integrierten MOSFET.
*4: Si-MOSFET: Ein Transistortyp, der im Vergleich zu IGBTs besser für Hochgeschwindigkeitsbetrieb mit geringem Stromverbrauch geeignet ist.
*5: SiC-MOSFET: Ein Leistungshalbleiter aus einem neuen Material, SiC.
*6: CMOS: Eine Art von Halbleiterschaltung, die in PCs und vielen anderen elektronischen Geräten verwendet wird.
Überblick
Die TOKYO─Toshiba Corporation (TOKYO: 6502) hat die weltweit erste erfolgreiche Herstellung von Hochleistungsschaltungen mit analog-digitaler Integration auf einer integrierten Treiberschaltung (IC) mit einem einzigen Chip zur Steuerung von Leistungshalbleitern der nächsten Generation demonstriert (*1). Der entwickelte IC erkennt den Spannungs- und Stromstatus von Leistungshalbleitern mit ultrahohen Geschwindigkeiten von 2 µs oder weniger, und eine Feinsteuerung reduziert das von Leistungshalbleitern erzeugte Rauschen um bis zu 51 %. Theoretische Berechnungen bestätigen auch, dass die Verlustleistung beim Antrieb des Motors im Vergleich zu einer äquivalenten Geräuschreduzierung mit herkömmlichen Methoden um 25 % reduziert werden kann. Im Falle eines Kurzschlusses oder einer anderen Fehlfunktion kann der Leistungshalbleiter sofort geschützt werden, um Beschädigungen zu vermeiden.
Dies ist eine Technologie, die die Leistung von Leistungshalbleitern der nächsten Generation maximiert. Es wird zur Verwirklichung einer klimaneutralen Gesellschaft beitragen, indem es die Miniaturisierung, den hohen Wirkungsgrad und die hohe Zuverlässigkeit der Motorantriebskreise und DC-AC-Wandler unterstützt, die in Elektrofahrzeugen, Industrieanlagen, intelligenten Stromnetzen usw. verwendet werden.
Hintergrund der Entwicklung
Leistungshalbleiter steuern Spannungen und Ströme. Sie werden in vielen Anwendungen zum Antrieb von Motoren und zur DC-AC-Leistungsumwandlung verwendet. Um eine klimaneutrale Gesellschaft zu verwirklichen, ist es entscheidend, die Effizienz zu verbessern und die Größe von Leistungshalbleitern und Leistungswandlern zu reduzieren. Darüber hinaus wächst der Markt für Leistungshalbleiter jedes Jahr weiter, und der Weltmarkt für Treiber-ICs zur Steuerung von Leistungshalbleitern ist von ca. 140 Milliarden Yen im Jahr 2017 auf ca. 180 Milliarden Yen im Jahr 2021 gewachsen, und dieser Trend soll sich auch in Zukunft fortsetzen (*2).
Derzeit werden typischerweise Bauelemente wie Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBT) (*3) und Silizium-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (Si-MOSFET) (*4) für Leistungshalbleiter verwendet. Eine weitere Verbesserung der Effizienz erfordert eine Reduzierung der bei der Leistungsumwandlung auftretenden Verlustleistung. Daher schreitet die Entwicklung von Leistungshalbleitern der nächsten Generation mit verlustarmen Eigenschaften wie Siliziumkarbid-MOSFET (SiC-MOSFET) (*5) voran. Leistungshalbleiter der nächsten Generation werden die Verlustleistung bei der Leistungsumwandlung reduzieren, einen hohen Wirkungsgrad erzielen und die Wärmeableitung erleichtern, wodurch sowohl Größe als auch Gewicht reduziert werden können. Wenn diese Geräte jedoch mit herkömmlichen Schaltungsverfahren gesteuert werden, geht die Reduzierung der Verlustleistung auf Kosten eines erhöhten Rauschens. Darüber hinaus schrumpfen die Wärmeableitungspfade, sodass im unwahrscheinlichen Fall eines Kurzschlusses oder eines anderen Fehlers die Temperatur sofort ansteigt, was das Brechen von Halbleiterelementen erleichtert.
Es wurde an Technologien zur Rauschreduzierung in Leistungshalbleitern der nächsten Generation durch Verbesserung von Steuerverfahren geforscht, aber die Flexibilität bei der Rauschreduzierung war problematisch, da sich das optimale Verfahren dafür je nach Spannungs- und Stromzustand des Leistungshalbleiterelements unterscheidet. Außerdem erfordern herkömmliche Verfahren Systemdesigner, Fehlererkennungs- und Schutzfunktionen für Kurzschlüsse und dergleichen über einen Mikrocomputer zu implementieren, und die inhärente Verzögerung kann zu einer Beschädigung des Elements führen.
Merkmale der Technologie
Toshiba hat dieses Problem mit der Entwicklung des weltweit ersten Hochleistungs-Single-Chip-Gate-Treiber-ICs mit gemischten analogen und digitalen Schaltungen angegangen. Herkömmlicherweise erforderte die Realisierung einer hohen Funktionalität, wie sie von diesem IC bereitgestellt wird, Konfigurationen unter Verwendung vieler einzelner Halbleiterkomponenten, wie beispielsweise Signalwandler, Speicher, Operationsschaltungen und Verstärkerschaltungen. Das Zusammenbauen von analogen und digitalen Schaltungen ermöglicht jedoch die Verwendung einer analogen Schaltung zum Erfassen von Spannung und Strom in Leistungshalbleiterelementen sowie einer digitalen Schaltung zum Auswählen eines Steuerverfahrens basierend auf den Erfassungsergebnissen, wodurch eine optimale Steuerung durch ein einziges Chip ohne viele Teile. Der entwickelte Halbleiter hat auch einen Speicher zum Speichern von Steuerverfahren, und während der Steuerung realisiert eine Auflösungsverbesserungsschaltung, die digitale Niedergeschwindigkeits- und analoge Hochgeschwindigkeitsschaltungen kombiniert, eine geeignete Feinsteuerung, indem analoge Schaltungen nur für diejenigen Teile verwendet werden, die eine Hochgeschwindigkeitssteuerung erfordern.
Toshiba hat außerdem eine analoge Signalvorverarbeitungstechnologie entwickelt, die nur die für die Steuerung und Fehlererkennung erforderlichen Funktionen aus den schnellen Spannungs- und Stromsignalen von Leistungshalbleitern extrahiert und die Fehlererkennung mit einem langsamen Analog-Digital-Wandler ermöglicht. Es ist somit nicht erforderlich, einen Mikrocomputer zu durchlaufen, was eine sofortige Erkennung von Kurzschlüssen und anderen Fehlern ermöglicht.
Dieser IC kann auch durch kostengünstige komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS) (*6) Prozesstechnologien realisiert werden, die mit bestehenden Fertigungsanlagen kompatibel sind. Mit diesem IC ist es dem Unternehmen gelungen, einen 1.2-kV-SiC-MOSFET-Leistungshalbleiter zu steuern und dessen Stoßspannung, eine der Hauptursachen für die Rauscherzeugung, um 51 % zu reduzieren, ohne die Verlustleistung zu erhöhen. Die Verwendung herkömmlicher Methoden zur Reduzierung des äquivalenten Stoßes würde den Verlust beim Antrieb des Motors erhöhen, aber theoretische Berechnungen zeigen eindeutig, dass die Verwendung dieses ICs den Leistungsverlust um 25 % reduzieren kann. Dem IC gelang auch die Fehlerzustandserkennung bei Geschwindigkeiten von nur 2 µs ohne Verwendung eines Mikrocomputers. Diese Eigenschaften sollen die Leistung von Leistungshalbleitern der nächsten Generation maximieren.
Abbildung 2: Rauschunterdrückungseffekt bei der Ansteuerung eines SiC-MOSFET-Leistungshalbleiters und die Ergebnisse einer schnellen Fehlererkennung.
Zukünftige Entwicklungen
Die Toshiba-Gruppe strebt den praktischen Einsatz des entwickelten ICs bis 2025 an. Leistungselektronik ist ein Schwerpunktmarkt für die Toshiba-Gruppe, die weiterhin Technologien rund um diesen IC entwickeln wird. Die Gruppe wird die Anwendung von Leistungshalbleitern der nächsten Generation in verschiedenen Energieumwandlungssystemen vorantreiben und so zur Reduzierung von CO . beitragen2 -Emissionen durch höhere Effizienz von Leistungshalbleitern und die Verwirklichung einer klimaneutralen Gesellschaft.
*1: Diese Technologie wurde auf dem IEEE Energy Conversion Congress and Exposition 2021 vorgestellt, einer internationalen IEEE-Konferenz, die vom 10. bis 14. Oktober 2021 online stattfand.
*2: Quelle:
https://s3.i-micronews.com/uploads/2019/01/YDPE17009_Gate_Driver_Market_and_Technology_Trends_Report_2017_Flyer.pdf(685KB)
*3: IGBT: Ein Bipolartransistor mit einem in die Basis integrierten MOSFET.
*4: Si-MOSFET: Ein Transistortyp, der im Vergleich zu IGBTs besser für Hochgeschwindigkeitsbetrieb mit geringem Stromverbrauch geeignet ist.
*5: SiC-MOSFET: Ein Leistungshalbleiter aus einem neuen Material, SiC.
*6: CMOS: Eine Art von Halbleiterschaltung, die in PCs und vielen anderen elektronischen Geräten verwendet wird.