パワー＆エネルギー（Power＆Energy）特選コーナー

フェアチャイルドがSiC材料で製造するBJT（バイポーラジャンクショントランジスタ）は、耐圧1200Vでオン抵抗が17mΩと低い。同様にSiCを使うJFETやMOSFETに比べて、スイッチング損失や導通損失が少ないという利点もあるという。スイッチング周波数が高いほど、それらの損失の差は広がり、BJTの優位性が大きくなる。

シャープが、窒化ガリウム（GaN）を用いたパワー半導体市場に参入する。第1弾製品として、耐圧が600Vのパワートランジスタを発表した。

SiC（炭化ケイ素）と並んで次世代パワー半導体の旗手として脚光を浴びる「GaN」（窒化ガリウム）。しかし、実用化が進むSiCと比べて、GaNの開発は遅れているように見える。GaNを採用すると、SiCと同様に電力変換時の損失を低減できる。さらに、SiやSiCよりも高速なスイッチングが可能だ。これは電源の小型化に大いに役立つ。しかし、ノーマリーオフ動作が難しいという欠点もある。こちらは電源には向かない特性だ。GaNの長所を伸ばし、欠点をつぶす、このような開発が進んでいる。

「TECHNO-FRONTIER 2012（テクノフロンティア2012）」では、パワー半導体を手掛ける各社が次世代材料のSiC（シリコンカーバイド）やGaN（窒化ガリウム）を用いた素子やモジュールをこぞって展示した。これらの次世代パワー半導体は、素子単体やモジュールとしての製品化が進んでおり、白物家電から鉄道用インバータに至るまで、さまざまな分野の最終製品への搭載も始まっている。ただし当面は、コストや実績で圧倒的な優位にあるSi（シリコン）ベースのパワー半導体が主流であり続けるだろう。そのSiパワー半導体も改善が続いており、今回はIGBTなどの新型品がお目見えした。

三菱電機のSiCパワーモジュールは、既に同社の一般消費者向けのエアコン「霧ヶ峰」や、鉄道車両用インバータに組み込まれて製品化されている。同社は次のステップとして、SiCモジュール自体を製品として外販すべく、家電向けと産業機器向けの合計5品種を開発し、7月31日から順次サンプル提供を開始する。

NXP Semiconductorsの「DC6Mファミリ」は、スイッチング周波数を6MHzに高めて回路全体の小型化を図った降圧型DC-DCコンバータIC群である。出力リップル電圧が標準7mVと小さいことも特長だ。出力電流は最大650mA。スマートフォンなど、電池駆動の携帯型機器に向ける。

動作温度範囲の上限を従来品の125℃から150℃（接合部温度）に高めた。12V/300mAの白色LEDを最大8個まで駆動することができる。

MOSFETと力率0.9のPFC回路を内蔵していることから、小型のLED照明を開発する際に、基板面積の削減や設計時間の短縮に役立つ。

日本TIは、マルチチャネルのスピーカでサラウンドサウンドを簡単に実現できるオーディオICなどを展示した。電源関連の製品については、2011年に買収が完了した旧ナショナル セミコンダクターのラインアップも含めた豊富な製品が並んだ。

筆者の経験では、電気製品が不良になる原因は十中八九、電源部にある。特にスイッチング電源やモータードライバでは、ある種の部品が共通して問題になる。1988〜2000年にかけて製造された電解コンデンサだ。その時期の電気製品が故障したら、これを真っ先に疑ってほしい。今回は、筆者が実際に遭遇した事例を挙げて説明しよう。

スイッチング方式のDC-DCコンバータは、その仕組みから、ノイズの発生源となってしまう可能性がある。これを避けるために、設計者は適切な対処法を知っておかなければならない。本企画では、2回にわたり非絶縁型/スイッチング方式のDC-DCコンバータのノイズ対策について実践的に説明する。今回は『理論編』として、ノイズの種類やノイズの発生メカニズムを中心に解説を行う。

今回紹介するのはフライバック、いわゆる昇圧型のコンバータです。ここでは、インダクタの電流が断続する場合と連続する場合の2パターンについて解説します。

最新の設計技術のノウハウを学べる新連載「Design Hands-on」をスタートします。第1弾のテーマは、太陽光発電や自動車、LED照明などで採用が増えている「デジタル制御電源」です。国内の半導体ベンダーでデジタル制御電源を手掛ける新日本無線の技術者が、理論から実践まで詳しく伝授します。

自動車のエンジンにマイコンを使ったデジタル制御が導入されてから数十年がたつ。デジタル化によって高度な制御が可能になり、燃費の改善や排気ガスの抑制、運転性能の向上を実現した。そして今、スイッチング電源もデジタル制御への移行期に差し掛かっている。デジタル制御ならではの高度な制御や通信機能によって、電源のさらなる小型化・高効率化や高機能化を推し進める。

環境発電では、安定的に供給されるとは限らない自然エネルギーなどをエネルギー源として用いる。そのため、キャパシタや2次電池などを使って、電気エネルギーを貯蔵することが重要になる。本稿では、環境発電を利用するアプリケーションの例として無線センサーネットワークを取り上げ、それに適した蓄電デバイスについて説明する。

ニッケル水素電池を搭載した富士電機の無停電電源装置（UPS）「LXシリーズ」は、35℃の環境ならば4年間、25℃であれば8年間、電池の交換が不要になるという。

再生可能エネルギーの固定価格買い取り制度が始まり、太陽電池は激しい価格競争に入っている。このようなときこそ、太陽電池の高効率化を忘れてはならない。なぜなら、変換効率を高めることが、低システムコスト実現に役立つからだ。変換効率向上に対してどのような手法が有望で、どこまで高められるのか、解説した。

環境中から取り出せる微量のエネルギーを電力に変える環境発電技術。この環境発電技術が大きく前進しそうだ。NECと東北大学は液体材料を塗りつけて薄い膜を作り、微弱な温度差で発電することに成功した。大面積化に向き、曲面にも対応できる。開発品で利用したスピンゼーベック効果について併せて解説する。

有機薄膜太陽電池は、Si（シリコン）を使わず、2種類の有機材料を混ぜ合わせて塗るだけで発電できる。軽量であり、量産性に優れていると考えられている。しかし、何十年も先行するSi太陽電池に果たして対抗できるのだろうか。産業技術総合研究所は、有機薄膜太陽電池の製造コストを見積もり、どのような技術改良が必要なのか指針を示した。

IDC Japanによれば、電気自動車（EV）やハイブリッド車（HEV）の走行に用いられる自動車駆動用蓄電池の国内市場は、今後年平均成長率25.7％で成長を続け、2016年には3165億円に達するという。

2011年、米国では太陽電池パネルメーカーの破産が相次いだ。中国勢との競争の激化が、その一因だと言われている。米国は、中国産の太陽電池を搭載したパネルに関税をかけることを仮決定した。

SMA Solar Technologyの太陽光発電用パワーインバータ「Sunny Boy」を分解し、アーキテクチャ設計や構成部品の選定ポイントに迫る。さらに、太陽の光が電気エネルギーとして電力網につながるまでの流れを追いながら、太陽光発電システムの一般的なエネルギー変換処理についても説明する。

日本電産は、2010年10月に買収したEmerson Electricの技術をベースに、電気自動車（EV）用のSRモーターを開発した。SRモーターは、永久磁石が不要なため、レアアースを使わずに実現できるモーターの有力候補として注目されている。