東芝開發2200V SiC MOSFET來實現低功耗、系統簡化及小型輕量化（ 8月18日更新）

2023年8月10日

東芝電子元件及存儲裝置株式會社

日本川崎——東芝電子元件及存儲裝置株式會社開發用於太陽能變頻器（ PV ）的2200V SiC MOSFET 。與傳統基於 Si IGBT的3-Level 架構之變頻器相比，採用SiC MOSFET 2-Level的變頻器提高了切換頻率並降低了功率損耗。此技術有助於簡化變頻器系統並減小尺寸和重量。

傳統的3-Level變頻器的特點是切換損耗低，關斷時施加到功率元件的電壓是變頻器工作電壓的一半。另一方面，2-Level變頻器的功率元件較少，使得系統更簡單、更小、更輕。不過，由於施加的電壓等於DC-BUS電壓，因此要求功率元件具有更高的擊穿電壓。近年來，隨著包括太陽能變頻器在內的再生能源市場的輸入電壓提高至DC 1500 V，對低損耗、高電壓功率元件的需求不斷增加。

東芝在現有SiC MOSFET產品的基礎上優化漂移層的濃度和厚度，開發出內置2200 V SBD的SiC MOSFET（注3），可相容於DC 1500 V系統中的2-Level 變頻器。具體來說，它的設計目的是保持與我們現有產品相同的導通電阻-耐壓權衡，同時實現光伏應用對宇宙射線的高破壞性抵抗力。此外，通過與現有產品一樣採用內置式SBD，我們抑制了寄生二極體（注4）導通引起的低可靠性，並確認了逆向導通時的高可靠性。

此次開發的SiC MOSFET模組，與相同耐壓的Si模組（Si IGBT + Si FRD（注5））相比，切換損耗顯著降低。此外，根據損耗計算結果，基於SiC模組設計的2-Level SiC變頻器比傳統的3-Level Si 變頻器具有更低的損耗，即使在2倍切換頻率下驅動時，功耗也能減少38%。使用SiC元件實現高頻驅動，還能使散熱器和濾波器等元件變得更小、更輕。

＜ 8月18日更新＞
功耗降低率已更新。

該成果的詳細資訊已於5月11日在德國紐倫堡舉行的國際電力電子展PCIM Europe 2023進行發表。