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ほぼすべてのモーター駆動システム、電気自動車、急速充電器、再生可能エネルギーシステムには、低消費電力の補助電源が搭載されています。これらの電源は、主要な電力回路に比べ注目されることが少ないものの、システムの高効率な動作を支える重要な構成要素です。システム信頼性の向上、システムサイズの縮小、コスト削減、リスクの最小化、多源調達支援——設計者は、これらのしばしば矛盾する課題に直面し続けています。

Wolfspeed が提供する産業用グレードの C3M0900170x および車載用規格認証 (AEC-Q101) 取得済みの E3M0900170x 炭化ケイ素 MOSFET 製品シリーズは、20 W から 200 W の範囲で補助電源の設計能力を強化します。これらの電源は、再生可能エネルギー、産業用モーター制御、車両の電気化など、急速に成長する市場においてますます重要な役割を果たしています。Wolfspeedの信頼性の高い第3世代シリコンカーバイド技術を採用し、業界をリードする200mm製造工場で独占製造されるこの製品シリーズは、エンジニアが低消費電力補助電源システム設計における様々なトレードオフを再考するのを可能にします。

TO-247-3 (D) および TO-263-7 (J) パッケージに加え、Wolfspeed の製品ポートフォリオには、産業用アプリケーション向けの全モールドパッケージ TO-3PF (M) が新たに追加されました。このパッケージは絶縁熱界面材料の使用を回避することで、組み立てコストとエラーのリスクを低減します。さらに、TO-3PF (M) パッケージは、ピン間の最小クリープ距離を4.85 mmに拡大し、露出するドレインプレートを排除することで、過酷な環境下での製品の堅牢性を向上させています。

より高い性能と即插即用機能

WolfspeedのC3MとE3M SiC MOSFET技術は、以前のC2M 1700 Vシリーズや競合製品と比較して、複数の改善点を実現しています。新発売のC3M/E3Mシリーズでは、ゲート電荷がC2M相当デバイスにおける22 nCからわずか10 nCに削減され、ゲート駆動の電力要件が軽減され、反転式電源における起動操作が簡素化されました。さらに、出力コンデンサを削減することで、Eossが30%低下し、スイッチング損失が減少しました。

システムレベルの改善を実現することは必ずしも容易ではありません。設計変更には時間とリソースの集中が必要になるからです。既存の低消費電力補助電源設計のほとんどにおいて、Wolfspeedの新シリーズ900 mΩシリコンカーバイドMOSFETは即插即用の互換性を備えており、大規模な再設計作業を必要とせずに新デバイスの利点を最大限に活用できます。パッケージの観点から見ると、TO-247-3（スルーホールパッケージ）とTO-263-7（表面実装）は、現在の市場にある他のシリコンカーバイドやシリコンデバイスと互換性があり、PCBレイアウトやヒートシンクアクセサリーの変更が不要です。

多くの補助電源は、他の制御や負荷を駆動するために12～15 Vの出力を備えています。C3M/E3Mシリーズは、この電圧レールを直接反転式コントローラーとそれに伴うゲート電圧に利用でき、別々の補助巻線や変圧器のタップを使用せずに、前世代や一部の競合製品で必要とされた18～20 Vのより高い電圧を提供できます。

シリコンとシリコンカーバイド MOSFET の競合製品は、ゲート電圧レベルが 12 V から 20 V まで幅広く、設計者の多電源設計における課題をさらに複雑化しています。幸いなことに、Wolfspeed C3M0900170x シリーズは直接 12～18 VGS をサポートします。最適化された内部ゲート抵抗により、Wolfspeedデバイスは最大22 VGSの回路条件下で動作可能です。ゲート電圧が18 Vを超える設計では、外部ゲート抵抗の代わりにツェナーダイオードを使用し、駆動電圧を12～18 Vの範囲内に低減できます。

RG_EXT を 3.3 V のジナーダイオードに置き換えることで、MOSFET のゲートにおける VGS を低下させます

シリコンベースシステムからのアップグレード時の性能向上

高電圧（1500～2000 V）シリコンMOSFETもこのシステムに適用可能ですが、1～2 Ωのデバイスは単位面積あたりのRDS(ON)が高く、価格が高価で損失も大きいという欠点があります。代わりに、ダブルスイッチング反転トポロジーを採用することで、低電圧のシリコンデバイスを選択できます。このようなデバイスは比較的安価ですが、ダブルスイッチト・トポロジーの設計はより複雑で、より多くのコンポーネントとスペースを必要とします。

シリコンカーバイド MOSFET はこの電圧クラスに非常に適しており、補助電源アプリケーションに適した低 RDS(ON) と低スイッチング損失を容易に実現できます。設計者はシングルスイッチト・フライバック・トポロジーを利用でき、これによりダブルスイッチト設計に必要な追加回路と設計の複雑さを排除できます。

ダブルスイッチト・トポロジーはより多くのコンポーネントと追加の PCB 面積を必要とします

シリコンカーバイド MOSFET を使用した簡素化された単一スイッチ設計は、スペースとコストを節約します。

すべてのアプリケーション向けの耐久性設計

長寿命と信頼性の高い動作が求められる多くの産業用および自動車用アプリケーションにおいて、補助電源が採用されています。C3M / E3M シリーズは、動作結温が -55 °C から +175 °C まで対応しており、極限の温度条件下でも使用可能です。C3M0900170D、C3M0900170J、および E3M0900170D は、THB-80 (HV-H3TRB) テストに合格しています。このテストは、85% の湿度、85 °C の環境温度下で1360 V の遮断電圧を適用し、1000 時間継続して実施されます。

半導体製品の耐性について議論する際、宇宙放射線による故障率（FIT）を考慮する必要があります。Wolfspeed C3M / E3M シリーズは、デバイス設計の改善とチップサイズの縮小により、既に低かった旧 C2M シリーズの故障率（FIT）をさらに低減しています。前世代と比較して、Wolfspeed 第3世代デバイスを使用した典型的な 1200 V 母線電圧反転回路は、海面高度で連続運転10年後、故障率（FIT）が65%低減されています。

シリコンカーバイドシステム開発のための設計リソース

Wolfspeedはエンジニアへの設計支援において業界をリードしており、新発売の1700 Vシリーズ部品も例外ではありません。以下のリソースを確認し、この新しいC3M/E3Mシリーズ900 mΩ 1700 Vデバイスを使用して設計を加速してください。