引言

　　安川電機(jī)試制出了輸出功率為45kW的電力轉(zhuǎn)換器（AC-AC轉(zhuǎn)換器）韭拙，通過采用SiC大幅實(shí)現(xiàn)了小型輕量化沙诅。與輸出功率相同的該公司現(xiàn)有產(chǎn)品“A1000”相比，體積和重量分別減至約1/25（圖1）祥扒。在使輸出功率與A1000保持一致的同時實(shí)現(xiàn)了小型化草仪，由此，電力轉(zhuǎn)換器整體的輸出電力密度增至約15kW/L（A1000約為0.6kW/L）疾隙。

　　電力轉(zhuǎn)換器由AC-DC轉(zhuǎn)換器和逆變器（DC-AC轉(zhuǎn)換）構(gòu)成畜股。試制品的逆變器部的輸出密度為128kW/L，目前為業(yè)界最高鸯两，與采用SiC的競爭企業(yè)的逆變器相比闷旧，輸出密度是其約2倍。安川電機(jī)自信地表示钧唐，“嚴(yán)格來說忙灼，雖然與競爭企業(yè)的試制品的測量條件等不同，但即便如此钝侠，128kW/L的值也為業(yè)界最高”该园。

　　圖1：體積縮小至現(xiàn)有產(chǎn)品的1/25

　　安川電機(jī)試制出了與該公司現(xiàn)有產(chǎn)品“A1000”相比，體積只有約1/25的電力轉(zhuǎn)換器（a）帅韧。通過在構(gòu)成電力轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器電路和逆變器電路上采用全SiC功率模塊里初，并提高開關(guān)頻率等，實(shí)現(xiàn)了小型化（b）忽舟。電力轉(zhuǎn)換器整體的輸出電力密度約為15kW/L双妨，僅逆變器部為128kW/L（c）。

采用雙溝道產(chǎn)品

　　電力轉(zhuǎn)換器能大幅實(shí)現(xiàn)小型化是因?yàn)椴捎昧伺鋫銼iC功率元件的功率模塊叮阅，并且應(yīng)用了高速開關(guān)動作等適合該模塊的驅(qū)動方法注1）刁品。

　　注1） 實(shí)現(xiàn)技術(shù)的詳情已在2012年8月舉行的“平成24年電氣學(xué)會產(chǎn)業(yè)應(yīng)用部門大會”上公布。

　　功率模塊和模塊使用的SiC功率元件由羅姆制造。安川電機(jī)一直在與羅姆共同致力于SiC相關(guān)的研究開發(fā)凡宅。

　　功率模塊為晶體管和二極管均采用SiC功率元件的“全SiC”產(chǎn)品谆威。轉(zhuǎn)換器部和逆變器部各使用3個SiC功率元件。該模塊是在高邊和低邊分別安裝一路晶體管和二極管的“2 in 1”產(chǎn)品（圖2）钓闲。

　　圖2：采用全SiC功率模塊

　　試制品采用的全SiC功率模塊是安川電機(jī)和羅姆共同開發(fā)的（a）婉饼。為降低損耗和實(shí)現(xiàn)小型化，晶體管采用了溝道型SiC制MOSFET（b）竭珊。（攝影：安川電機(jī)）

　　晶體管采用羅姆正在研發(fā)的“雙溝道構(gòu)造”SiC制MOSFET人蕊，二極管采用肖特基勢壘二極管（SBD）。雙溝道產(chǎn)品為低損耗SiC制MOSFET中損耗最小的產(chǎn)品震头。除柵極下方外锤镀，還在源極下方設(shè)置了溝道，由此可以減緩截止時柵極部分產(chǎn)生的電場集中殊青，從而降低導(dǎo)通電阻手索。

還改善了被動元件

　　采用SiC與以往的Si功率元件相比可以進(jìn)行高速開關(guān)。此次將轉(zhuǎn)換器部的開關(guān)頻率提高到了100kHz酣婶。而現(xiàn)有產(chǎn)品A1000為10kHz左右注2）唱枝。

　　注2） 試制品逆變器部的開關(guān)頻率為5kHz，與A1000相同比驻。

　　通過提高開關(guān)頻率縮小了被動元件的尺寸等该溯，為電力轉(zhuǎn)換器的小型化做出了貢獻(xiàn)。例如别惦，輸入電抗器與A1000采用的產(chǎn)品相比尺寸只有其1/80左右狈茉。

　　不過，提高開關(guān)頻率后掸掸，電抗器內(nèi)核使用的磁性材料的鐵損會增大氯庆，導(dǎo)致電力轉(zhuǎn)換器效率降低。因此扰付，安川電機(jī)在電抗器內(nèi)核中采用了稱為“Liqualloy”的新磁性材料（圖3）堤撵。Liqualloy是非晶合金的一種。特點(diǎn)是擁有與電磁鋼板相當(dāng)?shù)母唢柡痛磐芏扔疠海腋哳l成分的損耗小实昨。Liqualloy是阿爾卑斯綠色器件（Alps Green Devices）公司制造的產(chǎn)品。

　　圖3：還改善了周邊部件

　　為縮小電力轉(zhuǎn)換器的尺寸盐固，還改善了周邊部件屠橄。例如，照片中的濾波器模塊為了以100kHz驅(qū)動轉(zhuǎn)換器電路硫忆，與阿爾卑斯綠色器件共同試制了專用電抗器。

　　此外，為縮小電力轉(zhuǎn)換器的尺寸改變了冷卻方式袭丛。由原來的空冷式變?yōu)橐豪涫轿冈祝s小了電力轉(zhuǎn)換器的冷卻機(jī)構(gòu)。

從2014年開始全面采用SiC

　　在此次發(fā)布試制品之際饲骂，安川電機(jī)還宣布計(jì)劃2014年度內(nèi)在該公司的電力轉(zhuǎn)換器中應(yīng)用SiC功率元件垦适。該公司此前在展會等上公布過SiC電力轉(zhuǎn)換器及馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)等的研究成果。但此次是第一次明確表示將在實(shí)際產(chǎn)品中采用SiC功率元件旋逛。

　　安川電機(jī)打算在電動汽車用馬達(dá)和伺服馬達(dá)的驅(qū)動系統(tǒng)矛塑、機(jī)器人裝置及逆變器裝置等中采用SiC功率元件。采用SiC可以使逆變器等電力轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)小型化妥触。

　　此次的試制品定位為面向SiC應(yīng)用的“旗艦品”媳厕。從器件到控制技術(shù)均采用最高性能水平的產(chǎn)品∪毫“在汽車中就相當(dāng)于跑車”（安川電機(jī)）睬魂。目前尚未確定是否直接投產(chǎn)試制品。安川電機(jī)打算根據(jù)用途區(qū)別使用制造試制品時培養(yǎng)的技術(shù)镀赌，使配備SiC功率元件的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化氯哮。

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