GaN類功率元件，高耐壓成功率半導(dǎo)體主角

圖12：逆變器產(chǎn)生的電磁噪聲

　　逆變器會產(chǎn)生電磁噪聲（a）。據(jù)芝浦工業(yè)大學(xué)的齋藤研究室介紹，采用GaN類功率元件時，在10MHz以上的高頻范圍，電磁噪聲要比超結(jié)構(gòu)造的Si制MOSFET?。╞、c）。（圖由本站根據(jù)芝浦工業(yè)大學(xué)和三墾電氣的資料制作）

　　GaN類功率元件的這種高頻噪聲比超結(jié)構(gòu)造的MOSFET“更容易減小”（芝浦工業(yè)大學(xué)工學(xué)部電氣工學(xué)科講師齋藤真）。不過，與IGBT相比，“10M～100MHz頻帶的傳導(dǎo)噪聲和電磁輻射噪聲會增大至10～20dB左右”（齋藤）。

　　因此，齋藤等人試制了在采用1級構(gòu)成的同時可抑制10MHz以上傳導(dǎo)噪聲的濾波器電路。增加濾波器電路的級數(shù)可抑制高頻噪聲，但只單純增加級數(shù)的話效率會下降。

　　齋藤等試制的濾波器在采用1級構(gòu)成的同時，可將高頻噪聲降至與原來的2級構(gòu)成濾波器相同的水平（圖13）。也就是說，可將10M～100MHz頻帶產(chǎn)生的電磁噪聲降至10dB左右。

圖13：改善噪聲濾波器，降低高頻噪聲

　　逆變器為降低電磁噪聲采用噪聲濾波器（a）。GaN類功率元件由于開關(guān)速度快，容易產(chǎn)生10MHz以上的高頻噪聲。芝浦工業(yè)大學(xué)的齋藤通過改變逆變器輸入側(cè)設(shè)置的噪聲濾波器的設(shè)計，在采用1級濾波器構(gòu)成的同時，實現(xiàn)了與原來的2級構(gòu)成濾波器大致相同的噪聲抑制性能（b ）。（圖由本站根據(jù)芝浦工業(yè)大學(xué)的資料制作）

　　齋藤沒有公布詳情，不過介紹說是通過改善電容器的配置位置等電路布局，以及改變使用的部件種類實現(xiàn)的。另外，為降低電磁噪聲，還在與部件廠商共同開發(fā)濾波器使用的新扼流線圈。

　　第三，應(yīng)對無意識導(dǎo)通現(xiàn)象的對策。GaN類晶體管的閾值電壓為＋2V左右，低于Si制晶體管，極有可能在無意識的情況下導(dǎo)通。

　　例如，驅(qū)動3相交流馬達的逆變器在某一個相的電路打開時，處于關(guān)閉狀態(tài)的其他相的柵極驅(qū)動電路有時會產(chǎn)生尖峰（Spike）電壓。Si制功率元件的閾值電壓高達＋3V以上，因此通過該尖峰電壓導(dǎo)通的可能性較低，但“GaN類晶體管的閾值電壓較低，可能會發(fā)生誤動作”（芝浦工業(yè)大學(xué)的齋藤）。因此，需要比Si制功率元件更為謹慎地實施尖峰電壓對策。關(guān)于該課題，齋藤也表示“已經(jīng)有了解決的眉目”。