SiC-MOSFET란? – SiC-MOSFET의 활용 사례

이번에는, SiC-MOSFET의 활용 사례를 몇가지 소개하겠습니다. 조금 오래된 정보나 프로토타입 레벨도 포함되어 있지만, SiC-MOSFET를 이용하는 장점 및 새롭게 실현 가능한 분야에 참고가 될 것입니다. 또한, SiC-MOSFET를 비롯하여 SiC-SBD, Full SiC 모듈의 채용 사례는 SiC 채용 사례 소개를 참조하여 주십시오.

SiC-MOSFET 활용 사례 1 : 위상 변이 DC-DC 컨버터

하기는 Power Assist Technology 주식회사와 공동으로 제작한 데모기입니다.

Si IGBT, 제2세대 SiC-MOSFET와, 바디 다이오드 특성 편에서 설명한 제3세대 Trench 구조 SiC-MOSFET의 3종류를 Full-bridge 인버터 부분에 사용하고, 동일 사이즈의 위상 변이 DC-DC 컨버터를 구성하여 각 디바이스의 효율을 비교한 데모기입니다.

우선, SiC-MOSFET의 구성은 스위칭 성능의 우위성을 발휘하여 Si IGBT로는 실현이 어려운 100kHz의 고주파 동작과 전력 향상을 실현하였습니다. 또한, 제2세대 (2G) SiC-MOSFET에서 하나의 스위치를 트랜지스터 2개의 병렬 접속으로 구성하였지만, 제3세대 (3G) SiC-MOSFET는 저 ON 저항화를 실현함으로써 트랜지스터 수를 8개에서 4개로 줄였습니다. 효율면에서는 제3세대 (3G) SiC-MOSFET를 사용한 경우가 가장 좋은 결과를 얻었으며, 모든 SiC-MOSFET가 Si IGBT를 상회하는 높은 효율을 달성하였습니다.

SiC-MOSFET 활용 사례 2 : 펄스 파워

펄스 파워는 짧은 시간에 전력을 순간적으로 공급하는 시스템입니다. 응용 예로는 가스 레이저, 가속기, X선, 플라즈마 전원 등이 있습니다. 기존의 솔루션으로는 사이러트론 (Thyratron) 등의 진공관 및 Si 스위치가 있지만, 한층 더 고내압의 고속 스위칭이 요구되고 있습니다. 이러한 요구에 대응하여, SiC의 고내압과 고속성을 통해 초고전압 고속 스위치를 실현하였습니다. 이는, 고속성의 관점에서 Si IGBT로는 실현이 어렵습니다. 또한, 하기의 예는 후쿠시마 SiC 응용 기술 연구 주식회사, 주식회사 Kyoto Neutronics, 일본 국립 연구개발법인 과학기술 진흥기구의 협력을 통해 일본에서 개최된 CEATEC 2014, Techno-Frontier 2015에서 전시하였습니다.

・ 초고압 펄스 전원

• 특징
• ・초고내압 의사 (疑似 / pseudo) Nch SiC MOSFET
• ・저 ON 저항 (기존의 1/100 이하)
• ・높은 반복 주파수

• 응용 예
• ・하전입자 가속기
• ・의료용 기기 전원
• ・플라즈마 발생기 등

・1~10kV 랜덤 펄스 발생기 : 13.2kV SiC 스위치