SiC CMOSパワーモジュールでモーター駆動 損失を10分の1に：高速スイッチング動作時のノイズ低減

産業技術総合研究所（産総研）は、明電舎と共同でSiC CMOS駆動回路を内蔵したSiCパワーモジュールを用い、モーターを駆動させることに成功した。高速スイッチング動作時に発生するノイズを抑え、エネルギー損失を従来に比べ約10分の1に低減した。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

エネルギー損失を従来比約10分の1に低減

　産業技術総合研究所（産総研）先進パワーエレクトロニクス研究センターの八尾惇主任研究員と佐藤弘研究チーム長、岡本光央研究チーム長は2025年3月、明電舎と共同でSiC CMOS駆動回路を内蔵したSiCパワーモジュール（以下、SiC CMOSパワーモジュール）を用い、モーターを駆動させることに成功したと発表した。高速スイッチング動作時に発生するノイズを抑え、エネルギー損失を従来に比べ約10分の1に低減した。

　SiCパワーデバイスは、「高耐圧」や「低オン抵抗」「高速動作」「高温環境でも動作可能」といった特長があり、電気自動車（EV）や再生可能エネルギーといった分野で利用が拡大したいる。ただ、現行のSiCパワーデバイスは、スイッチングノイズの影響で誤動作するなどの課題もあり、極めて低速なスイッチング動作でしか利用されていないという。

　産総研はこれまで、SiC CMOS駆動回路を用いれば、SiCパワーデバイスの高速スイッチング動作が可能なことを明らかにしてきた。そこで今回は、量産中のEVにインバーターモーターを供給している明電舎の協力を得て、SiC CMOSパワーモジュールを用いモーター駆動の実証実験を行った。

　モーター駆動時にインバーターから出力される電流値や電圧値を測定した。この結果、位相が120度ずれた3つの正弦波が観測され、モーターが駆動されていることを確認した。しかもインバーター連続動作を達成したという。

SiC CMOSパワーモジュールを用いたモーター駆動時の出力電流および電圧波形［クリックで拡大］ 出所：産総研

　研究グループは今回、現行のパワーデバイス用ドライバーを活用しながら、ノイズによる誤動作を防ぐため、SiC CMOS駆動回路を用いる独自の駆動方法を開発し、低ノイズ化を図った。

　モーター駆動時におけるSiC MOSパワーモジュールのスイッチング動作波形を観測したところ、スイッチング速度はターンオン時に72V/ナノ秒、ターンオフ時に85V/ナノ秒であった。このスイッチング速度は、現行のSiCパワーモジュールに比べて約10倍も高速で、発生するスイッチングロスを約10分の1（概算）に低減できることが分かった。

ノイズを抑制するSiC CMOSパワーモジュールの概要［クリックで拡大］ 出所：産総研

モーター駆動時のターンオン波形およびターンオフ波形［クリックで拡大］ 出所：産総研