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从电动汽车到太阳能,新一代功率半导体正成为节能多面手

   2012-11-02 日经BP社16740
应用研究日趋活跃

        新一代功率半导体虽然性能出色,但成本较高。因此在投入实用时,系统成本较高的大型设备易于加以采用。其代表例子就是铁路车辆。 

        三菱电机已将利用碳化硅功率元件的铁路车辆逆变器装置产品化,并实际配备在东京地铁银座线的1节车辆上,于2012年2月开始进行试运行(图7)。三菱电机称,将利用碳化硅功率元件的铁路逆变器装置投入实用,这“在全球尚属首例”。 

图7 配备使用碳化硅二极管的逆变器装置、目前正在试运行的东京地铁银座线的车辆。右侧为逆变器装置。

        所利用的功率元件是碳化硅二极管。与使用硅二极管相比,能够使整个铁路车辆系统的能量损失削减30%左右。并且,逆变器的体积及重量均可削减约40%。这是因为冷却机构可实现小型化等。 

        东芝目前也在进行同样的研究,通过使用碳化硅二极管,可使逆变器装置的体积削减60%左右,结合利用永磁同步马达,大约可取得20%的节能效果。东芝称,也预定在2012年年内配备到实际铁路车辆上进行试运行。 

汽车厂商也非常关注

        众所周知,混合动力车“普锐斯”上使用了比1枚6英寸晶圆还大的半导体。其中大部分为绝缘栅双极型晶体管及功率MOSFET等功率半导体。汽车厂商正在积极提高混合动力车和纯电动汽车等电动汽车的比例,目前正在探讨可否利用新一代功率半导体,实现部件的小型化及高效化。 

        丰田第3电子开发部(当时)的滨田公守在2012年1月举行的研讨会上谈到,碳化硅功率元件的优点之一,在于可实现功率模块的小型化。例如,他推算,智能功率模块(intelligent power module)如果利用碳化硅功率元件,体积便可缩小到原先的2/3~1/3。 

        日产汽车试制出采用碳化硅二极管的逆变器电路,配备在燃料电池车“X-TRAIL FCV”上,并于2008年进行了行驶试验。本田技术研究所也试制出了“全碳化硅”高输出功率模块,将转换器和逆变器所使用的二极管及晶体管全部由硅制改为碳化硅制。日产和本田技术研究所均是与罗姆共同进行研究。 

 
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