［Onsite］SiC/GaN搭載！次世代スイッチング電源 新設計法

講義内容

±1kVを超える高圧バイポーラ・アンプは，各種理化学機器をはじめ，産業用途ではピエゾ・アクチュエータ，磁気軸受，プラズマ装置，各種試験機など，さまざまな分野において，従来よりリニア方式で広く利用されてきました．

本セッションでは，SiC MOSFETを用いて，最大約1.5kVのバイポーラ（正負電圧出力）アンプを構成します．SiC MOSFETの高耐圧かつ高速動作という特性を活かすことで，従来はリニア・アンプで構成されていた高精度・高圧アンプを，フルブリッジ構成のD級アンプとして実現可能であることを示します．既存のD級アンプ制御ICに絶縁ドライバとSiC MOSFETを組み合わせることで，500kHzを超えるスイッチング周波数の回路も容易に構成でき，高速信号を忠実に増幅することを目指します．

Si MOSFETでは設計マージンの確保が難しかった用途においても，高耐圧性能により，誘導性負荷から発生するスパイク電圧やキックバックに対して十分なマージンを確保できます．さらに，高速リカバリ特性により安全性・信頼性の向上も期待できます．発熱も小さいため，条件によっては完全密閉構造やモールド化も視野に入ります．

なお，本回路をオーディオ・パワー・アンプの観点で捉えると，低発熱・小型化に加え，デッドタイムの最小化によるTHD（Total Harmonic Distortion）の改善や，高スイッチング周波数化による高音質化といった応用も考えられます．

受講対象

• SiCデバイスを扱ってみたい回路設計エンジニア
• 従来のSi MOSFET回路をSiCデバイスへ置き換えたいと考えている方
• 高電圧・広帯域アナログ・アンプの設計に携わるエンジニア
• アクチュエータや高電圧負荷を駆動する回路の設計に携わる方

講師紹介

略歴

• 2010年　沼津工業高等専門学校　専攻科　卒業
• 2010年　FA機器/ハード・ディスク製造装置設計業務に従事．その後ベンチャーにて半導体検査/医科学用電子顕微鏡，半導体製造装置，理化学機器の研究開発設計に従事
• 2020年　静岡県創業者育成施設審査通過し，個人事業として独立
• 2022年　株式会社ディスクリテック設立，現在に至る

著書

1. ［VOD/KIT/data］実験キットで学ぶ 初歩の電子回路設計
2. ［VOD/KIT/data］実験キットで学ぶ 電源・アナログ回路入門
3. ・一人で始めるプリント基板作り，トランジスタ技術Special No.127，CQ出版社．
4. ・商用利用OK！噂の完全フリー基板作成ツール KiCad，トランジスタ技術2015年3月号，CQ出版社．

講演内容

近年，SiC/GaN FETは製造プロセスの成熟により，QCD（Quality/Cost/Delivery）が大きく改善してきました．しかし，現在もなおIGBTやSi MOSFETと比較すると高価であり，単純にデバイスを置き換えるだけでは，十分な効果を得られないケースが少なくありません．SiC/GaN FETを有効に活用するためには，その電気的特性を正しく理解した上で，回路設計，実装，制御を一体として最適化し，製品全体としての性能や負荷価値を高めていくことが設計者に求められます．

本セッションでは，SiC/GaN FETの種類や半導体構造，パッケージ構造が電気的特性およびスイッチング挙動に及ぼす影響を整理します．そのうえで，損失低減，高速スイッチング，周辺部品の小型化といった観点から，回路性能改善の設計アプローチを解説します．

あわせて，SiC/GaN FETの採用が進んでいる製品事例を通じて，回路レベルでの性能向上を製品全体の性能および付加価値にどのように反映させ，導入効果を最大化しているかを紹介します．

受講対象

• スイッチング電源/インバータ/モータ駆動などの設計に携われている方
• 回路の高速化や小型化に関心のある回路設計者
• 従来のSi MOSFET/IGBT回路をSiC/GaNに置き換え検討中の設計者
• 高信頼・高耐圧が求められる産業用機器，電源，組込み機器などの回路設計に携わる方

講師紹介

略歴

• Purdue University大学院卒
• リニアテクノロジー株式会社(現アナログ・デバイセズ)にて，車載関連製品の技術サポートに16年間携わる．現在は，Qorvo社にてSr. Biz Dev MgrとしてSiCやRFを用いた複合IC製品の企画開発に携わる

著書

1. ［VOD］Before After！ ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】
2. ［VOD］小型＆高出力！高効率電源設計のためのSiC/GaNトランジスタ活用 100の要点
3. 低ノイズと小型化を両立!DC-DCコンバータICの最新テクノロジ，トランジスタ技術2020年6月号，CQ出版社．

講演内容

電気的特性に優れるSiC/GaN FETは，ひとたびシュートスルーや電気的オーバーストレスが発生すると，パッケージが原形をとどめないほど激しく破壊されることが少なくありません．外観上は形状を保っているように見えても，実際には内部が炭化しており，基板から取り外す過程で崩壊してしまう場合もあります．その結果，破損デバイスの不具合解析をSiC/GaN FETメーカに依頼することすら難しくなり，限られた情報を手がかりに独自にFTA（Fault Tree Analysis）を行っても，決め手を得られないまま原因究明に行き詰まることも少なくありません．

本セッションでは，SiC/GaN FETという“じゃじゃ馬”を安全に使いこなすために不可欠な，FET選定，ゲート駆動回路，レイアウト設計の要点を具体的に解説します．さらに，実際に発生した誤動作や破壊トラブルの事例とその対策を通じて，現場で再現性のある設計指針を提示します．

さらに，シミュレーションを活用した事前検証の手法や，トラブル発生時における原因の切り分け・究明の進め方についても説明します．

受講対象

• 電源・インバータ・モータ駆動回路を設計している技術者
• ゲート駆動回路や基板設計の実務に関わる設計者
• 誤動作や破壊トラブルへの対策・解析に関心のある技術者
• シミュレーションを活用した設計事前検証に取り組む方

講義内容

パワーエレクトロニクスは電子機器に不可欠な機能であり，常に高効率，高出力，小型化が求められます．SiC/GaNなどの新しいデバイスも各方面に普及しはじめ，パワーエレクロニクス機器の冷却方法も多様化しています．
小型充電器などのファンレス密閉構造ではTIM（Thermal Interface Material）を多用した筐体放熱，オンボード電源では基板配線放熱、車載機器ではダイキャスト・フィンやターボファンを用いた高性能空冷，高発熱インバータは水冷，とさまざまな冷却デバイスの採用が進んでいます．電鉄などの大電力機器ではヒートパイプやベーパー・チャンバ―などの相変化デバイスも多用されます．
こうした設計には熱流体シミュレーションが活用されていますが，構造設計前の初期段階では冷却系の基本設計が重要です．
本セッションではExcelシミュレータを使った設計の流れや冷却デバイスの使い方について解説します．

受講対象

• 電源，インバータを設計している方
• 産業用ロボットや機械の制御ユニットを設計している方
• データ・サーバを開発している方
• パソコンや制御/計測機器の熱設計に従事している方

講師紹介

略歴

• 1977年 早稲田大学理工学部 機械工学科卒
• 1977年 沖電気工業に入社．電子交換機やミニコン，パソコン，プリンタ，FDDなどの冷却方式開発や熱設計に従事．その後，電子機器用熱解析ソフトの開発，CAD／CAM／CAEおよび統合PDMの構築などを担務
• 2007年　サーマル・デザインラボを設立．上流熱設計と熱解析の両輪による「熱問題の撲滅」を目指し，製品の熱設計，熱対策支援，プロセス改革コンサルティング，研修などを手がける．

著書

1. ［VOD］事例に学ぶ放熱基板パターン設計 成功への要点
2. ・熱設計完全制覇，日刊工業新聞社．
3. ・熱設計完全入門，日刊工業新聞社．
4. ・電子機器の熱対策設計，日刊工業新聞社．
5. ・電子機器の熱流体解析入門，日刊工業新聞社．
6. ・トコトンやさしい熱設計の本，日刊工業新聞社．
7. ・熱設計と数値シミュレーション，オーム社．