GaN トランジスタと SiC トランジスタの い
TND6299JP/D Rev. 2, March − 2020
GaN トランジスタと SiC トランジスタのい
もの、シリコンがトランジスタのをしてきました。しかし、そのは 々にしています。2あるいは3のでられる がされ、
のメリットやれたをしています。 えば、 は!ダイオード
(LED)をもたらしてくれました。あるタイプはガリウムヒ(GaAs)とガリウムヒリン
(GaAsP)の で+,されており、-のものはインジウムとリンを.しています。
/は、 はがしく0になることです。それでも、 に は、シリコンにべ1きなメリットがあります。システムや3(EV)な ど、が4しい5しいアプリケーションでは、48な9:に がよりす ることがわかっています。
!として";した2つの デバイスは、#ガリウム(GaN)とシリコンカ ーバイド(SiC)のパワートランジスタです。これらのデバイスは、$く.されているシリ コンベースのパワーLDMOS MOSFETやスーパージャンクションMOSFETと%します。
GaNおよびSiCデバイスは、ある&ではDていますが1きな'いもあります。E(Fでは、
この2つを)し、Gの*+のHI JにK,ついくつかのFLを-します。
Figure 1. Power Capability vs. Switching Frequency for Popular High Voltage, High Current Transistors and Other Devices is Shown, as well as the Primary Applications
ワイドバンドギャップ
はワイドバンドギャップ(WBG)デバイスとNばれます。.O8P+やエネ ルギーレベル、そのUのV/0な12を34するのではなく、WBGを Wでの 5(P)の5れを6XするモデルでJ7してみましょう。
WBG は、P83Zがく、バンドギャップエネルギーがいため、シリ コンよりもがれています。WBG でできているトランジスタは、より い9[\と:;を]えています。これらのデバイスは、\および^アプリ ケーションにおいてシリコンよりもれています。
Figure 2. A Two Die Two FET Cascode Circuit Converts GaN Transistors into Normally−off Devices, Enabling Enhancement Mode of Operation that is Standard in
High Power Switching Circuits
Si MOSFET D−mode GaN JFET
S D
G
WBGトランジスタはスイッチングも<で、シリコンよりもa=bで3できます。
｢オン｣cdがeいため、^fgがeくh@がi;します。このののAみわせ により、アプリケーション、にハイブリッドや3に.されるlも の4しいmBのいくつかにnしてC^0なものとなります。
GaNおよびSiCトランジスタは、opにqrsDになってきており、tuのE へのnvがFんでいます。GaNおよびSiCデバイスのGなポイントは､xyに-すz&で す｡
• 650、900、および1200 V;\デバイス
• <スイッチング<Z
• 3:Z
• eいJcdによるe^KLとh@
GaNトランジスタ
GaNトランジスタはMNa=b(RF)^{Oに|}のニッチをPしました。この のQにより、デプレッションモードのhトランジスタ(FET)のにつながりま した。デプレッション(またはDモード)FETは、RD8PP83Zトランジスタ (pHEMT)とNばれ、ノーマリ｢オン｣のデバイスです。ゲートq^がなくても、Sに
チャネルがしています。ゲートq^でチャネルのをし、デバイス をオン、オフします。
ノーマリ｢オフ｣のエンハンスメント(またはEモード)デバイスは、スイッチングTに はましいので、EモードGaNデバイスのにつながりました。l|は、2つのFETデバ イスをカスコードUしたものでした(Figure 2)。Vは、W0なEモードのGaNデバイ スがqrsDです。このデバイスでは、l110 MHzのa=bでbkWまでの^をスイッ チングできます。
GaNデバイスはl1100 GHzのa=bのパワーアンプとしてMNtuにく.されてい ます。な.F は、Xのパワーアンプ、Yレーダ、Zの[t、
\0なRFアンプなどです。しかし、\(l11,000 V)、:、<スイッチングのため に、DC−DCコンバータ、インバータ、バッテリuなど、さまざまなスイッチモード ]アプリケーションにもzされています。
SiCトランジスタ
SiCトランジスタはノーマリEモードのMOSFETです。このデバイスは1 MHz^Zのa
=bで、シリコンMOSFETよりはるかにい\および5レベルでスイッチングできま す。ドレイン−ソースl1\は、100 Aの5D^でl1_1,800 Vです。さらに、SiC デバイスのオンcdはシリコンMOSFETにべてずっとeいため、あらゆるスイッチング
^アプリケーション(SMPSの*+)でh@をLVできます。な&の1つは、Uの MOSFETにべいゲート`3\がなことですが、これは*+の ¡にともない しています。
SiCデバイスは、eオンcdのデバイスをオンするために、18〜20 Vのゲート\`3が
です。W0なSi MOSFETは10 V¢aのゲート\で、£¤なJ¥にすることが できます。さらに、SiCデバイスはオフ¥にスイッチするのに、−3〜−5 Vのゲート`3が
です。しかし、このニーズにnvするために-なゲート`3ICがされまし た。SiC MOSFETは、Uの§¨©よりも\に0ですが、\・5D^を]えて いるため、]mBにlです。
WBGトランジスタの
GaNとSiCデバイスは«¬とも、Uのb,した、にシリコンベースのLDMOS MOSFET、スーパージャンクションMOSFET、IGBTと%します。くのアプリケーショ
えば、くのアプリケーションでIGBTはSiCデバイスにcき¯えられています。SiCデ バイスは、a=b(100 kHzdn20 kHz)でスイッチングsDなため、インダクタおよびト ランスのサイズやコストをeeしながらh@をi;させることができます。また、SiCは GaNよりも1きな5にn±できます。
GaNnSiCの)を_すると、GFfはxyのとおりです。
• GaNはSiよりもスイッチングが<
• SiCはGaNよりも\で3
• SiCにはいゲート`3\が
• スーパージャンクションMOSFETは、々にGaNとSiCの«¬にcき¯えられています。
オンボードu(OBC)ではSiCに³があるようです。V/gが5しいデバイスをPつ け、hiをjむにつれて、このトレンドがkUするのはRいのないところです。
アプリケーション
GaNやSiCをいて*+することにより、]mBや]tuのくを ¡することがで きます。lも1きな´µを¶けるものの1つがPシステムです。l5のハイブリッ ドや3は、これらのデバイスを.できるlcを·しています。\0なア プリケーションには、OBC､DC−DCコンバータ、モータドライバ､LIDARなどがあります。
Figure 3に、^スイッチングトランジスタをとするEVのサブシステムを-し ます。
Figure 3. A WBG On−board Charger (OBC) for HEVs and EVs. The AC Input is Rectified, Power Factor Corrected (PFC), then DC−DC Converted (One Output for
Charging the HV Battery and the Other for Charging the LV Battery)
DC−DCコンバータ：Uのtuを3させるために、バッテリの\をe\に
¯す る ]mBで す 。バ ッ テ リ\は¸や600 Vあ る い は900 Vに ま で な っ て い ま す。DC−DCコンバータは、UのPn©を3させるために、この\を48 Vまたは 12 V、あるいはその«¬にo\します(Figure 3)。ハイブリッドやEV (HEVEV)では、
DC−DCコンバータをバッテリパックとインバータの\バスにも.できます。
オンボードu(OBC)：プラグインHEVEVやEVは、AC]にUするWnバッテリ
uを]えています。これにより、¹ºけAC−DCuがなくても»でのがsDに なります(Figure 4)。
トラクションモータドライバ：トラクションモータは«のpを`3する^ACモ ータです。このドライバはバッテリ\をモータを`3する¼q½5に¯するインバー タです。
LIDAR：LiDARとは、!とレーダの«¬をAみrんだV/を¾し、a¿の をÀしs -します。パルスのt¹Nレーザで360Zのu¿をスキャンし、ÃÄ!をÀします。
このÅÆにより、_300メートルÇまでのシーンを、bセンチメートルのÉZで12な 3GÊvÉに¯します。ÉZのため、«、に3wxのyË0なセンサとな り、zくの のs-D^がi;します。LiDARユニットは､DC−DCコンバータから{さ れる12〜24 Vのu¿のDC\で3します。
Figure 4. A Typical DC−DC Converter is Used for Translating High Battery Voltages to 12 and / or 48 Volts. The IGBTs Used in the HV Bridge are Gradually being
Replaced by SiC MOSFETs
GaNおよびSiCトランジスタはいずれも\、5、<スイッチングを]え、
*+において、ÍoZがく*+がopなだけでなく、Î|したDもLVで きます。
ON SemiconductorÏびON SemiconductorのロゴはON SemiconductorというÒを.うSemiconductor Components Industries, LLC }しくはそのPÓ~のÔÏび/またはUの ÔにおけるÒです。ON Semiconductorは、Ò、Õ、トレードシークレット(Ö×Ø)とUの0ÙÚÕにnするÕzをÛÚします。ON Semiconductorの©/
のnリストについては、xyのリンクからご いただけます。www.onsemi.com/site/pdf/Patent−Marking.pdf. ON SemiconductorはJÜなしで、EÝ(の©のÞを
うことがあります。ON Semiconductorは、いかなるJの0での©のについてÛしておらず、また、おß:の©においてmBのvや.からじたà、
に、0、0、á0なfâなどãのfâにnして、いかなるàもうことはできません。おß:は、ON Semiconductorによってされたサポートやアプリケー ションÅÆのäにかかわらず、すべてのå、、æ¤のあるいはWのçをèむ、ON Semiconductor©を.したおß:の©とアプリケーションについて
ãのàをうものとします。ON Semiconductorデータシートや9:Ýに-されるsDのある「W0」パラメータは、アプリケーションによってはなることもあり、L
のDもéのhによりするsDがあります。「W0」パラメータをèむすべての3パラメータは、ご.になるアプリケーションにvじて、おß:のêV/g において{Àされるようおいします。ON Semiconductorは、そのÕやそのUのÕzのy、いかなるライセンスもしません。ON Semiconductor©は、ë
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としたtuにおけるGn©などへの.をHñした*+はされておらず、また、これらを.nとしておりません。おß:が、このようなHñされたものではない、sさ れていないアプリケーションにON Semiconductor©をqまたは.した、たとえ、ON Semiconductorがそのn©の*+またはにしてgがあったとòされ たとしても、そのようなHñせぬ.、また¢sの.にした ó¡から、、ôは0にじるすべてのクレーム、L、fâ、hL、およびõ¢öなどを、
おß:のàにおいて£÷をおいいたします。また、ON SemiconductorとそのKø、ù×ø、PÓ~、Ó~、§yúにnして、いかなるfâもûえないものとします。
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