パワーデバイスについてご質問

今回試験的に10Aほどの電源を設計しているのですが
実稼働では1セルで150Aなのです
普通こういう場合は(容量大)FET/IGBTなんでしょうか?
トランジスターなんでしょうか?
大容量インバータなどは
特殊トランジスターしか聞いたことがないのですが
現状トランジスターも使用されていると思うのですが
大容量の場合はどちらが適しているのでしょうか?
FETの場合はドライブ容量が
小さくて済むような気もするのですが。

  • トランジスターと言えばFETもトランジスターですから
    語弊がありますのでトランジスターではなく
    バイポーラトランジスターとMOSとの
    用途が大電力用で使用されているか?
    ということになります。
  • EDNの記事等見てみると
    三菱電機第7世代IGBTとか、
    インフィニオン EconoDUAL 3:
    とか出てきますのでやはりIGBTなのでしょうね
    まーそうは言ってもいきなりそんな高額のものを
    すぐに使用することもありませんので
    とりあえずRJH60T04DPQ-A1で10Aのものをやってみます
    それでうまく行ったらこれを並列に駆動する方法もありますし
    価格比から大きなものを選択するということも考えられます
    EV車等でもやはりIGBTが使用されているのではないかと察せられます。
  • IKUZOさんこの案件では他でも色々質問されていますが社内でAC/DC大容量電源開発の経験者は居られないのでしょうか?
    AC/DC電源でDC100V/10A(1Kw)の仕様は電源開発経験者でも色々難しい案件だと思います。
    私は複合機のIH加熱定着器(1.3Kw)の設計経験がありますが、けっこう色々苦労しました。

    IGBTはGateがFET構造で出力がトランジスタ構造になっています。
    日本で開発されたデバイスで電圧ドライブのFETとVce飽和電圧が電流によりほとんど変化しないトランジスタの特性の良いとこ取りのデバイスになっています。
    従って出力電流が増えると、IGBTのは場合On時損出は電流に比例して増大し、FETの場合は電流の2乗に比例して増大してしまいます。

    具体的にはIGBTの場合Vce(sat)が0.5Vで出力電流が10AとするとON時損出は0.5VX10A=5W
    FETの場合On抵抗が0.5Ωで出力抵抗が10AとするとOn時損出は0.5ΩX10Ax10A=50Wと非常に大きくなってしまいます。(FETのOn抵抗は温度に比例して大きくなって更に損出が大きくなります)

    IH加熱定着期では専用の良い制御ICが無く温度をフィードバックしMCUで共振周波数PID制御して結構開発に時間がかかりました。電源用には良いLLC電流共振制御ICが多数出ているので、まずLLC電流共振制御ICのデータシートを見て制御動作勉強するのが宜しいかと思います。

    それとAC/DC電源には安全規格(電気用品、UL,CSA等)認定が必要になるので1次2次間の必要基板パターン距離とか、トランスの絶縁距離とかも考慮した設計が必要になりま。

    非常に難しい開発案件だと思いますが、がんばって下さい。
  • パワーMOS-FET.vs.IGBTは電流ではなく電圧だと思います。
    発発やコージェネやソーラーやHV車や100V以下の安定化電源など400V以下のDC/DCでIGBTなんて聞いたことがありません。
    これくらいの電流電圧ならパワーMOS-FETも充分に低オン抵抗になると思います。
    IGBTは面なのでパワーMOS-FETに比較して低オン抵抗のような印象がありますが、パワーMOS-FETの性能の良さや進歩には驚きます。
    インターネットで検索するとIGBTはもっと高電圧の鉄道などのペーパーが多くヒットします。
    D社やC社のアマチュア無線用とかM社の実験用の100V以下の安定化電源などは入手性も良いのでパクッチャウ(参考にする)のはいかがですか?

  • IKUZOさん

    IGBTとPOWER MOSは周波数vs電圧・電力なのかなと思います。

     

    AC100VからDC200にするのにIPM使ったことありますけど、IPMの制御ミスしてH側とL側が同時ONして貫通電流が流れてIPMが派手に燃えました^^;

     

    PS

    山さんがいればいろいろお話を聞けそうですけど、、、^-^

  • kuutaさん
    回答ありがとうございます
    「社内でAC/DC大容量電源開発の経験者は居られないのでしょうか?」
    全くおりません、だれに聞いてよいのやら、
    「AC/DC電源でDC100V/10A(1Kw)の仕様は電源開発経験者でも色々難しい案件だと思います。」
    ですよね~
    「けっこう色々苦労」されたのですね、お伺いすると
    なるほどIGBTってアドバンステックなデバイスなんですね使わない手はありませんね
    「温度をフィードバックしMCUで共振周波数PID制御」ははあ、興味がわきます
    「LLC電流共振制御ICのデータシートを見て制御動作勉強する」勉強いたします
    「AC/DC電源には安全規格(電気用品、UL,CSA等)認定が必要」なるほどそうなんですね
    おもしろそうだなと気軽に考えておりますが、これからですね。
  • kijoさん
    回答ありがとうございます
    「パワーMOS-FET.vs.IGBTは電流ではなく電圧だと思います。」なるほどですね
    「400V以下のDC/DCでIGBTなんて聞いたことがありません。」ですよね
    「これくらいの電流電圧ならパワーMOS-FETも充分に低オン抵抗になると思います。」
    ですよね、ただこれは私の最初の実験でして
    目標がありまして、それは水力と太陽光からのダイレクトやらないといけないのです
    つまり100Vぐらいじゃないということで最終的にはDC/ACの0V~600Vぐらいの入力に
    対応しないといけないのです、それで将来のことも考えまして、
    「実験用の100V以下の安定化電源」ですんじゃえば私の仕事も無くなってしまいますので。

  • Kirinさん
    回答ありがとうございます
    「周波数vs電圧・電力」そうですね、
    IGBTで周波数高いのあればトランスやコンデンサーも小さいので済むのでしょうか?
    「AC100VからDC200にするのにIPM使ったことありますけど、
    IPMの制御ミスしてH側とL側が同時ONして貫通電流が流れてIPMが派手に燃えました」
    Kirinさんもいろいろ経験されたんですね、
    そうであれば少々のことも恐ろしくはないでしょう?
    「山さん」ですよね、谷のようなところでなくこっち来てほしいですよね
    待っているのですがね、だめなんでしょうか?
  • kuutaさん

    「IH加熱定着期では専用の良い制御ICが無く温度をフィードバックしMCUで共振周波数PID制御」とかIH等ですと、

    トランスはないですよね、

    コイルを共振させて少ない電力で発熱するようにするのですか、

    温度によるフィードバック制御とかコイルとの共振とか、

    まさにIHの核心ではないでしょうか、

    社内の技術的な内容は門外不出ではないのですか?

    今はまた新しくなっているのでしょうか?

  • Kirinさん
    わかりやすい絵を添付してくださり、ありがとうございます
    これで一目りょう然ですね、1K以上はIGBTなんですね
    たいへんなことになるかもしれませんが
    大型のIGBTを使用した設計をやってみたいですね