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パナソニック、マイクロ波で制御する超小型電力変換システムを開発

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パナソニック、マイクロ波で制御する超小型電力変換システムを開発

パナソニックは、マイクロ波を用いてパワーデバイスを制御する電力変換システムを世界で初めて開発し、半導体チップに集積化することに成功したと発表した。この結果、従来の電力変換システムに比べ大きさを1/100以下とし、電力損失も低減した。

モータで駆動する機器は、インバータ(直流電力から交流電力を電気的に生成する電力変換装置)を用いた電力変換システムが広く利用されている。この従来の電力変換システムでは、「交流から直流」、「直流から交流」への変換回路などで構成されているため、10%近い大きな電力損失があった。また、この電力変換システムは大きな部品で構成されるため、その設置場所が限られていた。

今回開発されたシステムは、入力する交流電力を振幅や周波数が異なる交流電力に変換して出力するマトリクスコンバータ部と、マイクロ波で電磁界共鳴結合方式により制御する駆動回路部から成る、2つの半導体チップで構成される。

窒化ガリウム(GaN)を用いた新しい回路構成により、電力変換システムそのものを大幅に小型化し、モータとの一体化も可能となる。また、システムの寿命を制限する電解コンデンサなどの部品も不要とし、メンテナンスフリーを実現できる。

開発した技術を用いた電力変換システムの試作モジュール(大きさ18mm×25mm)

開発した技術を用いた電力変換システムの試作モジュール(大きさ18mm×25mm)
(Drive-by-microwave®技術を用いた3×3GaNマトリクスコンバータ)

本開発の特徴は以下のとおり。

  1. 高電圧で動作する双方向型GaNパワーデバイスと、マイクロ波による非接触電力伝送を用いた絶縁ゲート駆動回路を、それぞれ半導体チップに集積化し、従来の電力変換システムに比べ1/100と超小型な電力変換システムを実現。
  2. インバータを用いたシステムに比べて、電力損失を低減できると共に、電解コンデンサが不要となるため長寿命な動作が可能(動作10年以上)。

パワーデバイスは、高電圧・高電流の制御(ON、OFF)を行う半導体デバイス。600V程度の高い電圧に耐えると共に、10A以上の大きな電流を制御することができる。最近では、窒化ガリウム(GaN)や炭化ケイ素(SiC)といった、損失が少なく高性能のパワーデバイスが登場し、家電や産業機器などの省エネルギー化が注目されている。

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