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業界トップクラスの低ノイズと低損失を両立した600V耐圧IGBT IPM

IGBT IPMを使うメリットと課題

BM6337x/BM6357xシリーズ

注目ワード
  • IPM化されていることのメリット
  • 設計が大幅に簡単
  • 基板面積はIPM化により大幅に削減可能
  • 開発設計期間の短縮
  • 消費電力は増加の傾向
  • IoTの普及
  • 待機電力が増加
  • 大規模で高性能なものを搭載
  • 動作時の消費電力も増加
  • IGBT自体の特性の改善
  • IPM化における駆動・制御技術の向上

ロームは、2021年4月に600V耐圧のIGBT IPM(Intelligent Power Module)の新製品「BM6337xシリーズ」をリリースし、続いて「BM6357xシリーズ」を追加した。BM6337x/BM6357xシリーズは、業界トップクラス*のノイズ特性と低損失を両立したことにより、ノイズフィルタの簡略化や低消費電力化を可能にし、搭載機能により部品点数や設計工数の削減に寄与すると言う。今回、このBM6337x/BM6357xシリーズについて、その開発背景から特徴、製品仕様に至るまでを、ロームのFAE 阿戸 恵太郎 氏に聞いた。  *2021年4月22日現在 ローム調べ

-新しい600V耐圧IGBT IPMをリリースしたということで、開発背景や特徴、そして製品仕様に関しても
少々詳しくお聞きしたいと思います。早速ですが、開発背景を教えてください。

BM6337x/BM6357xシリーズの開発背景には、IGBT IPMがインバータなどの電力変換アプリケーションで需要が多いことと、機器の小型化や低消費電力化が求められるなか、電力変換を担うパワーデバイスにもそれらに対する貢献が期待されていることがあります。

-最初に基礎的なことを教えてほしいのですが、IGBT IPMがインバータ用途などで需要が多い理由は
何ですか?

IGBT IPMはインバータなどの用途にはポピュラーで、業界標準品的なポジションのものや、その互換品的なものも市場に存在します。その理由の1つは、IPM化されていることのメリットにあります。パワーデバイスの主な形態として、ディスクリート(素子単体)、パワーモジュール、そしてIPMがあります。パワーモジュールとIPMの違いは、パワーモジュールは複数のディスクリートを1つのパッケージに組み込んだもので、駆動回路や保護回路を別途必要とします。IPMは、ディスクリートに加え駆動回路や保護回路が1つのパッケージに組み込まれており、IPM=Intelligent Power ModuleのIntelligentはここから来ています。

IPMとパワーモジュールの違い。

-そうすると、IPMはおおよそ必要になる回路や機能が1つになっていることがメリットだと?

そうです。そこがポイントです。まず、同じ機能を実装するために必要とする基板面積は、IPM化により大幅に削減可能です。想像できると思いますが、IGBTをはじめとしたパワーデバイスのディスクリートパッケージは、放熱のためある程度のサイズがあります。それに加えて駆動と保護を提供するLSIや周辺部品も必要になります。この図に比較画像の例がありますので比べてみてください。IPMを使用することで、基板サイズを小さくでき、これは機器の小型化につなげることができます。

ディスクリート構成とIPMの優劣。

次に、IPMは必要な周辺回路と部品が集積され1つの機能が完成しているので、ディスクリートと比較して設計が大幅に簡単になります。また、単に設計が簡単になるだけはでなく、内部で回路や配線が最適化されているので優れた性能が得られ、ディスクリート設計ではユーザーが検証し保証しなければならない機能や特性が、IPMではメーカーによって検証済みで仕様項目によっては保証されています。近年、開発設計期間の短縮は設計者の重要課題になっていますので、これは大きなポイントになると思います。

-見せていただいた図では、「カスタム性」に関してディスクリートが有利となっていますが、
具体的にどういったことでしょうか?

強いて言うならととらえてほしいのですが、IPMは機能が集約され完成されたもので、一部の機能は外部から調整可能なものもありますが、基本的にはその仕様で使うことになります。ディスクリート構成の場合は当然ながら個々に調整が可能で、場合によってはチューニングとも呼ばれるような最適化が可能です。しかしながら、これには多くの時間を要しかなりのノウハウが必要になります。これはトレードオフと考えるべきポイントかと思います。

-そうするとIPMは、省スペースで小型化に貢献でき、必要な機能が集積されていてメーカーで検証されているので設計が簡単かつスピーディになる、といったメリットがあるので需要が多いということでね。

その通りです。細かいことは他にもありますが、ここで挙げたメリットは近年の設計者の課題を解決に向けてくれるものと言えます。

-開発背景として挙げられた需要が多い点と小型化に関してはわかりました。
では、残りの低消費電力化について説明願います。

低消費電力化は、基本的にすべての機器や構成部品に課せられている要求事項なのですが、実のところ消費電力は増加の傾向にあります。

-えっ、増えているんですか!? これだけ言われているので減ってきていると思っていました。

今回開発したBM6337x/BM6357xシリーズは、白物家電や小型産業機器をメインタアプリケーションに想定していますが、これらの機器ではIoTの普及にともなって自動化と高機能化が進み消費電力は増える傾向にあります。IoT化により通信機能が実装され、通信のために常時通電が必要になっています。このため、待機電力が増加しています。また、ディスプレイの大型化、モータの高機能化に対応するためそれらを駆動制御するデバイスも大規模で高性能なものを搭載する必要があり、そのため動作時の消費電力も増加しています。結果として、さらなる低消費電力化が求められており、電力変換回路におけるパワーデバイスにも損失の低減が期待されています。これには、IGBT自体の特性の改善IPM化における駆動・制御技術の向上が必要になります。

IoT化による機器の消費電力増加の原因。

-それでは、BM6337x/BM6357xシリーズが開発背景となっている各課題にどのように対応しているのか、具体的に教えてください。

(続く)