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スイッチング損失の低減とは？課題と対策・製品を解説
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パワーモジュールにおけるスイッチング損失の低減とは？
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エネルギーの効率的な利用と環境への配慮が今後ますます重要となる中、
一般的なシリコン半導体よりも優れた特性を持つ次世代半導体は、
電気自動車や再生可能エネルギーの分野、さらには5Gや6Gといった
次世代型通信技術において重要な役割を果たすと期待されています。
本資料では、そんな次世代半導体の基礎知識をわかりやすく徹底解説。
次世代半導体が注目されている背景をはじめ、SiC（シリコンカーバイド）や
GaN（窒化ガリウム）の特徴や課題を解説しています。
次世代半導体に触れ、未来の製品開発のヒントとなれば幸いです。ぜひご活用ください。
【掲載内容（一部）】
■なぜ次世代半導体が注目されている？
■次世代半導体SiCとは？
■次世代半導体GaNとは？
■どうなる？パワー半導体の未来
※基礎知識資料『次世代半導体のキホンのキ』の詳しい内容は
下記ダウンロードボタンよりご覧いただけます。
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当社は、「”パワー半導体”市場の最新トレンドと将来展望」のセミナーを開催します。
主要各国でカーボンニュートラル実現に向けた取り組みが積極化している中で、パワー半導体が担う役割が大きくなっている。さらに、従来よりも高効率化を図ることができるSiCパワー半導体の開発・設備投資が旺盛になっており、今後大きな市場の伸びが期待される。本セミナーでは、パワー半導体市場の全体像、SiCパワー半導体の動向と方向性、さらにはGaNや酸化ガリウムの現状を詳説する。
【セミナー詳細】
■開催日時：8月6日(火) 13:30 - 15:30(開場：13時)
■会場：JPIカンファレンススクエア
■住所：東京都港区南麻布5-2-32 興和広尾ビル
■受講方法：会場、ライブ配信
■講師：株式会社富士経済
インダストリアルソリューション事業部 第一部
主任 三上 拓 氏
※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。
【セミナー】「パワー半導体」市場の最新トレンドと将来展望
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パワーモジュールにおけるスイッチング損失の低減
パワーモジュールにおけるスイッチング損失の低減とは？
パワーモジュールにおけるスイッチング損失の低減は、電力変換効率の向上、発熱量の抑制、信頼性の向上、そして小型化・軽量化に不可欠な技術です。特に、電気自動車や再生可能エネルギーシステムなど、高効率化が求められる分野でその重要性が増しています。
課題
高速スイッチング時のエネルギーロス
パワー半導体がON/OFFを繰り返す際に発生する過渡的な電流・電圧のオーバーラップにより、エネルギーが熱として失われる現象です。
寄生容量による充電・放電ロス
素子内部や配線に存在する寄生容量を充電・放電する際に、エネルギーが消費されることで発生する損失です。
ゲート駆動回路のエネルギー消費
パワー半導体を高速にスイッチングさせるためのゲート駆動回路自体が消費するエネルギーも、全体の損失に寄与します。
素子特性の限界とトレードオフ
低オン抵抗と高速スイッチング性能はトレードオフの関係にあり、両立が難しい場合があるため、損失低減の設計が複雑化します。
対策
低損失パワー半導体材料の採用
SiC（炭化ケイ素）やGaN（窒化ガリウム）などの次世代パワー半導体材料は、従来のシリコン（Si）に比べてオン抵抗が低く、スイッチング速度が速いため、スイッチング損失を大幅に低減できます。
最適化されたモジュール構造設計
配線長を短縮し、寄生インダクタンスや寄生容量を低減するようなモジュールレイアウトやパッケージ構造を採用することで、スイッチング時の過渡応答を改善し、損失を抑制します。
高度なゲート駆動回路技術
スイッチング速度を最適化し、不要なリンギングを抑制するような、高効率かつ低消費電力のゲート駆動回路を設計・採用します。
ソフトスイッチング技術の導入
ゼロ電圧スイッチング（ZVS）やゼロ電流スイッチング（ZCS）といったソフトスイッチング技術を適用することで、スイッチング時の電流・電圧のオーバーラップを最小限に抑え、損失を削減します。
対策に役立つ製品例
次世代パワー半導体チップ
SiCやGaNといった材料で製造されたパワー半導体チップは、固有の特性により、従来のSiチップと比較して大幅に低いスイッチング損失を実現します。
低寄生インダクタンス・容量パッケージ
モジュール内の配線や接続構造を最適化し、寄生インダクタンスや容量を極限まで低減したパッケージは、高速スイッチング時のエネルギーロスを最小化します。
インテリジェントゲートドライバIC
パワー半導体のスイッチング特性に合わせて、最適な駆動信号を生成し、不要なエネルギー消費を抑えることで、スイッチング損失の低減に貢献します。
統合型パワーモジュール
パワー半導体、ゲートドライバ、保護回路などを一体化したモジュールは、内部配線が最適化されており、システム全体のスイッチング損失を効果的に低減します。
