平成２８年度に事業化に取り組む研究成果について SiCパワーデバイスを導入した 高効率かつ小型・軽量な電力変換装置の事業化 （戦略プロジェクト研究：平成２５年度～平成２７年度）工業技術センター 背景 ・次世代パワー半導体であるSiC（炭化珪素）の導入は必須 ⇒ 産業ニーズ ・自社製品にSiCを導入し、高効率化と小型化を実現したい ⇒ 県内企業ニーズ 課題 ・SiCを導入した主に大容量（10kW以上）の電力変換装置は、大手電機 メーカや国主導の大型プロジェクト（大学・公的機関等）で研究・開発が進み、 既に実用化に至っているため、中小企業等の新規参入は困難。 ・県内ではSiCの導入実績がない。 戦略 ・全国的にSiC導入の取り組みが遅れている中小容量品（数kWクラス）に おいて、SiCパワーデバイスを先行導入し、エネルギー使用効率が高く コンパクトな電力変換装置を開発することで事業展開を図る 1 回路構成 SiCパワーデバイスを導入 ・超低消費電力（低損失） ・高耐圧 ・高周波動作 ・高温動作性 A/D変換器 Si 4H-SiC 禁制帯幅（eV） 1.1 3.3 絶縁破壊電界（MV/cm） 0.3 2.8 電子飽和速度（cm/s） 1.0 2.2 熱伝導率（W/cmK） 1.5 4.9 PID制御 デジタル制御を採用 ・経年劣化や温度変化の影響をうけない ・高精度な制御 ・ネットワーク協調性 ・小型化 A/D変換器 デジタル制御回路 パルス幅変調 前置増幅器 （電圧検出） 駆動回路 前置増幅器 （電圧検出） 駆動回路 降圧用 L EH C C EL 昇圧用 双方向DC-DCコンバータ（充電と放電の両方が可能） 2 試作機の特性評価 双方向DC-DCコンバータ（500W） ※3kWまで容量を拡大した場合 ⇒ SiCパワーデバイスの導入によって 1/4の小型化が可能 （シミュレーション） SiC (1kW) Si (250W) SiCパワーデバイス （実測） SiC (1kW) Si (250W) 電力変換効率：94％を達成 （Si：85％） 60％の損失削減効果 変換効率 (%) 100 fs = 160kHz 95 90 85 fs = 40kHz 80 75 70 Boost (Vin = 100 V, Vout = 200 V) 0 20 40 60 負荷率 (%) 80 100 3 今後の展開と調査依頼内容 SiCパワーデバイスを導入した高効率かつ小型・軽量な 電力変換装置の技術移転と事業化推進 市場調査 （SiCを導入した中小容量電源） スマートハウス、小型輸送機器、 小型発電機等の分野 連携体の構築 販路拡大に向けた川下企業 とのマッチング支援 ※今後はSiCの導入に加えて、3～10kW未満の範囲においても市場を開拓 ○SiCパワーデバイスを導入した中小容量（1～10kW未満）の 電力変換装置における競合企業及び製品の詳細 ○期待できる市場及び応用分野 ○ターゲットの絞り込み及び商品性の確立 ○販路拡大に向けた川下企業とのマッチング ○Siに比べて高価なSiCパワーデバイスを導入するため、 「高効率化や小型化といった性能メリット」と「電源コスト」との バランスの位置付けと当該市場の内容 ニーズの掘り起しを期待！ 4
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