PR パワー半導体フォーラム 2014 インターナショナル・レクティファイアー・ジャパン PFCやモーター駆動インバータで GaNパワーデバイスの性能を引き出すインターナショナル・レクティファイアー・ジャパン株式会社技術部プリンシパル・エンジニア藤原エミリオ氏イインターナショナル・レクティファイアー・ジャパンは2014 年 12 月 1 日に開催された「パワー半導体フォーラム2014 」で、「GaNパワーデバイスの応用　～性能を引き出すノウハウとは～」と題して講演した。既存のパワーデバイスの単なる置き換えではなく、GaNの特性に沿った適切な使い方を追求することで、PFCやモーター駆動インバータのさらなる高効率化や小型化が実現できることを示した。ンターナショナル・レクティファイア 0.3％程度しか上がらないという。ーではGaN（窒化ガリウム）を次世代そこで同社がGaNに最適なトのパワーデバイス材料と位置づけ、テクノロポロジーとして提案するのがトーヒートシンク付き 6A IRAM IGBT MCM 400Wインバータ洗濯機用基板 GaNベースのプロトタイプジープラットフォーム「GaNpowIRR」ブランテムポール・ブリッジレス昇圧トドのもと、シリコンウェハー上にGaNを形成すポロジーである。ダイオードが不る「GaN-on-Si」技術をベースに研究開発を要になるためダイオード損失項が進めている。商用出荷も始まっており、2013 なくなるとともに、高速かつ低損年5月には民生用のホームシアター機器に初失のGaNをスイッチとして使うめて採用されたことを明らかにしている。ことで、スイッチング損失と導通今回の講演で藤原氏は、同社のGaNデバ損失を抑えられるというメリットイスをPFC（力率改善回路）とモーター駆動があり、「GaNの性能を発揮できインバータに応用する場合の使い方や特徴るトポロジーだと考えている」（藤について説明した。原氏）。実際に出力385VのPFCを構成したとこそのため、モーター駆動インバータ回路をトーテムポール・ブリッジレスを提案ろ99％近い効率が得られたと述べた。また、構成したとき、スイッチあたりの損失電力を GaNはスーパージャンクションFETに比双方向回路になっているため、スマートグリッ FredFETの1/3ないしIGBTの1/4に抑えらべて、ゲート電荷Qgは1/5、ボディダイオードや電気自動車（EV）の充電器などに将来的れる。損失が少ないため発熱も少なく、実際ドの逆回復電荷Qrrはおよそ1/100、出力容に応用できる可能性があることも示唆した。の基板による比較ではFredFETはパッケー量Cossは同等ないし1/10以下など、優れ合わせて、ゼロボルトスイッチング（ZVS）ジ温度が85℃まで上昇したがGaNだと42 ヒートシンクなし MCMの600V/ 160mΩ GaN 図１　400Wインバータ回路のGaN（右）とIGBT（左）のソリューションサイズ比較た特性を有するが、従来のスイッチデバイスを使ったハーフブリッジ回路も紹介した。 ℃にしか上がらなかったという。「ヒートシンを単純にGaNに置きかえただけでは、回路に GaNの高速性によって3.3MHzといった高クも不要になるため、モーター駆動回路を大よってはほとんど効果が得られない場合があ速なスイッチングが実現できるため、インダ幅に小型化できる見通し（図1）（」藤原氏）。ると藤原氏は指摘した。クタなど周辺部品の小型化が可能である。同社ではこうしたアプリケーションを想定その一例がPFCとして一般的な連続導通して「GaNpowIRR」シリーズの製品を開発モード（CCM）の昇圧トポロジーである。効モーター駆動回路の小型化を実現中である。GaNの特性を損なわないようにリ率に影響を与えるのは出力電荷量Qossに起次に、GaNデバイスを数百ワット規模のモードレスかつボンディングレスの面実装パッ因するターンオン損失だが、GaNをノーマリーター駆動に応用した場合について説明しケージを採用する。2個のGaNデバイスを内ー・オフとして使うにはカスコード接続が必た。ゲート電荷とオン抵抗によって求められ蔵した単体のカスコードスイッチのほか、「6 要であり、そのためQossの蓄積エネルギーでるF oM（Fig ur e o f Me rit）は、高性能な個のGaNデバイスとドライバ回路をワンパッ見るとスーパージャンクションFETとの差は IGBTに比べてGaNはさらに1/3程度と小さケージに封止したモーター駆動用ハーフブリ小さく、一方でCCM昇圧トポロジーはターく、電力損失もIGBTやFredFET（ファストッジ回路を、GaNのキラーアプリケーションンオン損失以外の損失項がおよそ80％を占リカバリダイオード内蔵FET）に比べて大幅のひとつと捉えて製品開発を進めている」（同めるため、GaNに置き換えたとしても効率はに小さいという特徴がある。氏）ことを明らかにした。インターナショナル・レクティファイアー・ジャパン株式会社〒169-0074 東京都新宿区北新宿2-21-1　新宿フロントタワー 34 階 TEL：03-6744-8600　http://www.irf-japan.com