ウルフスピードのシリコンカーバイドが太陽光発電システムを変革する方法

シリコンカーバイド20 10月 2023

緑豊かなエリアに設置された一連の太陽光パネル。背景には木々や現代的な建築物が見える。

持続可能性は日常生活の多くの分野で重要な要素であり、それには発電も含まれます。

再生可能エネルギーの利用を支える技術に対する需要が増加しており、その電力を伝達・変換する方法も持続可能であるべきなのは当然のことです。シリコンカーバイド (SiC) のパワーコンポーネントは、再生可能エネルギーとその実現を支える技術の持続可能性を大幅に向上させる可能性を秘めています。

太陽光発電の急速な成長

Statistaによると、米国の純太陽光発電量は2018年に66.6ギガワット時に達し、過去最高を記録しました。この急速な成長は、純太陽光発電量が2ギガワット時未満だった2011年から続いています。この太陽光発電技術への需要の増加に伴い、シリコンカーバイドが半導体材料としての重要な進展を遂げ、特に電力部品への利用において大きな進展が見られています。

シリコンカーバイドが持続可能性に与えるポジティブな影響

シリコンカーバイドは、従来のシリコン（Si）と比較して、効率の向上、発熱の減少、そして高い電力密度を実現できることで知られるようになりました。シリコンではなくシリコンカーバイドの電力コンポーネントをソーラーインバータに使用することで、1ギガワットあたり10メガワット、運転中では500ワット/秒を節約できるため、大幅なエネルギー節約を実現します。

太陽光発電用PVインバータと650VシリコンカーバイドMOSFET

シリコンカーバイドが太陽光発電設計の持続可能性にプラスの影響を与えている特定の領域として、住宅向けの高効率な太陽光発電（Solar PV）設計が挙げられます。例えば、650V SiC MOSFETをSi MOSFETの代わりに使用すると、より軽量でコンパクト、かつ効率的なソーラーインバーターを実現できます。この結果、Siと比較してシステム損失が大幅に削減され、ワットあたりのコストが低下します。さらに、シリコンカーバイドMOSFETはSi MOSFETよりも発熱量が少ないという特長があります。

シリコンカーバイドMOSFETの使用には、持続可能性に直接関連しないその他の利点もあります。たとえば、Wolfspeedの新しい650V SiC MOSFETファミリーを使用すると、従来のシリコン（Si）に比べてワットあたりのコストが低くなります。また、非常に耐久性と信頼性が高く、大きな温度変化や高湿度環境に耐えることができるため、設計の持続可能性にも寄与します。

再生可能エネルギー向けのWolfspeedソリューション

Wolfspeedは、シリコンカーバイド（SiC）パワーエレクトロニクスの分野で業界をリードしており、再生可能エネルギーデザインの全体効率に大きく貢献し、低熱発生、高い電力密度、そして卓越した信頼性を備えています。

製品およびリファレンスデザインソリューション

製品	ブロッキング電圧 (V)	RDS(ON) @ 25℃ (mΩ)	電流定格 @ 25℃ (A)	パッケージ
C3M0015065D	650 V	15 mΩ	120 A	TO-247-3
C3M0015065K	650 V	15 mΩ	120 A	TO-247-4
C3M0060065J	650 V	60 mΩ	36 A	TO-263-7
C3M0060065K	650 V	60 mΩ	37 A	TO-247-4
C3M0060065D	650 V	60 mΩ	37 A	TO-247-3

リファレンスデザイン

Wolfspeedの650V SiC MOSFET、対応部品、リファレンスデザインを探求し、WolfspeedのSiC MOSFETテクノロジーが現代のデバイスの要件に応えられるより良い製品を構築するためにどのように役立つかについて詳しく学びましょう。

CRD-06600FF065N — 6.6 kW 高電力密度双方向AC/DC + DC/DCバッテリーチャージャーリファレンスデザイン

Wolfspeedの650 V、60 mΩ（C3M™）SiC MOSFETを使用した6.6 kW双方向コンバーターのデモンストレーションで、高効率かつ高電力密度のオンボード充電アプリケーションを対象としています
デモボードは、双方向トーテムポールPFC（AC/DC）ステージと、可変DCリンク電圧を備えたCLLCトポロジーに基づく絶縁型双方向DC/DCステージで構成されています。
高いスイッチング周波数動作の利用により、デモボードはより小型化、軽量化され、全体的にコスト効率が向上します。
Wolfspeedの6.6 kW高出力密度OBCデモボードは、入力として90VAC-265VACを受け入れ、出力で250VDC-450VDCを提供します。充電モードおよび逆変換モードの両方で効率は96.5%以上です。
このデモボードの主な対象アプリケーションには、EV充電およびエネルギー貯蔵が含まれます。
ドキュメントには、部品表 (BOM)、回路図、基板レイアウト、およびアプリケーションノートが含まれています。

Image

KIT-CRD-3DD065P – DC/DC バックブーストコンバータ評価キット

Wolfspeed C3M™ SiC MOSFETおよびショットキーダイオードの定常状態および高速スイッチング性能を評価し、最適化する
同期/非同期のバックまたは昇圧コンバーター、ハーフブリッジ、フルブリッジなど、さまざまな電力変換トポロジーにおける評価ボードを分析してください。（ご注意：フルブリッジトポロジーには評価キットが2つ必要です）
SiCショットキーダイオードのTO-247およびTO-220パッケージの両方に対応
降圧コンバータまたは昇圧コンバータのトポロジーで評価ボードを動作させるために追加のコンデンサは必要ありません
各C3M™ SiC MOSFET専用のゲートドライバが2つ（2個）基板上に搭載されています
テスト用ハードウェア付きのTO-247-4パッケージに収められた1200 V、75mΩのC3M™ SiC MOSFETが(2)個含まれています

Image

CRD-06600DD065N – 6.6 kW 高周波DC-DCコンバータ

Wolfspeedの650 V、60 mΩ (C3M™) SiC MOSFETsを使用した6.6 kW高周波DC-DCコンバータのデモンストレーション。高電力密度用途を対象にしています。
デモボードはDC-DC LLCトポロジーで構成されており、一次側はフルブリッジ段に基づき、二次側は非同期整流段に基づいています。
高周波動作の利用により、デモボードはより小型で軽量になり、全体的にコスト効率が向上します。
Wolfspeedの6.6 kW高周波デモボードは、入力として380 VDC～420 VDCを受け入れ、出力で400 VDCを提供し、効率は96%以上です。
このデモボードの主な対象アプリケーションには、産業用電源およびEV充電器が含まれます。
ドキュメントには、部品表 (BOM)、回路図、基板レイアウト、そしてアプリケーションノートが含まれています。

Image

CRD-02AD065N – 2.2kW 高効率 (80+ Titanium) ブリッジレストーテムポールPFC（SiC MOSFET搭載）

ウルフスピードの最新の (C3M™) 650 V 60 mΩ SiC MOSFET に基づいた、2.2 kW ブリッジレス・トーテムポール PFC トポロジーの高効率で低コストなソリューション
すべての負荷条件で効率> 98.5%、THD < 4%を達成することで、快適にチタン基準を満たします
革新的な抵抗を基盤とした電流検知ソリューション
すべての負荷条件でゼロクロス時のインダクタ電流に歪みがありません
低周波スイッチの代わりに汎用ダイオードを使用することで部品表 (BOM) を削減
このデモボードの主な対象アプリケーションには、サーバー、通信機器、および産業用電源ユニット（PSU）が含まれます。
ドキュメントには部品表（BOM）、回路図、基板レイアウト、アプリケーションノートが含まれています

Image