Improving the efficiency of solar panels with advanced MOSFET technology

序章

⾃動⾞は私たちの交通⼿段の選択肢の中で固定要素であり、⾃動⾞業界の有名企業の中には 100 年以上存在している企業もあります。その⼤部分の期間、⾃動⾞は内燃機関と密接に結びついていますが、今⽇の世代のドライバーは、⾃動⾞がバッテリーに接続された電気モーターによって駆動されることなど何とも思わないでしょう。⾞両の電気推進は新しいものではありませんが(イギリス⼈の多くは、⽜乳を配達し、街路を旋回するバッテリー駆動の「フロート」を懐かしく思い出します)、その動作を可能にするテクノロジーは⼤幅に異なります。膨⼤な量のソフトウェアと強⼒なプロセッサがなければ、この新世代の電気⾃動⾞は単純に動かないでしょう。これらのハイブリッド⾞や完全電気⾃動⾞に未来的な雰囲気を与えるとともに、タッチスクリーンやスマートフォンに接続した世代にアピールするために、可能な限り多くの電動アシスト ガジェットが搭載されています。さらに、残っている内燃エンジンでは、効率の向上に重点が置かれており、必要な精密制御を実現するためにさらに多くの計算能⼒とモーター駆動のアクチュエーターが必要となります。
ブラシレス DC (BLDC) モーター技術は多くの成果を上げており、多くのバッテリー駆動の⺠⽣⽤デバイスは、電⼒とバッテリー寿命の両⽅で達成できる⼤幅な性能向上の恩恵を受けています。⾃動⾞業界もこのテクノロジーに注⽬することが多いですが、機能、実現されるエネルギー効率、システムコストの絶妙なバランスにより、古典的なブラシ付き DC モーターは依然として幅広い⽤途に活⽤され続けています。同様に、⾃動⾞業界は、DC モーター制御シリコン ソリューションの改善を継続的に模索しています。要件は⼤きく異なりますが、⼀般的な要求には、エネルギー効率、最⼩限の熱放散要件、電⼦制御ユニット (ECU) がステータスや機能を問い合わせ、必要に応じて重⼤な障害が発⽣した場合に「リンプ ホーム」機能を実⾏できるようにするさらなるインテリジェンスが含まれます。

ブラシ付きモーターがまだ使⽤されている場合

ブラシ付きモーターがまだ使⽤されている場合

⾃動⾞は私たちの交通⼿段の選択肢の中で固定要素であり、⾃動⾞業界の有名企業の中には 100 年以上存在している企業もあります。その⼤部分の期間、⾃動⾞は内燃機関と密接に結びついていますが、今⽇の世代のドライバーは、⾃動⾞がバッテリーに接続された電気モーターによって駆動されることなど何とも思わないでしょう。⾞両の電気推進は新しいものではありませんが(イギリス⼈の多くは、⽜乳を配達し、街路を旋回するバッテリー駆動の「フロート」を懐かしく思い出します)、その動作を可能にするテクノロジーは⼤幅に異なります。膨⼤な量のソフトウェアと強⼒なプロセッサがなければ、この新世代の電気⾃動⾞は単純に動かないでしょう。これらのハイブリッド⾞や完全電気⾃動⾞に未来的な雰囲気を与えるとともに、タッチスクリーンやスマートフォンに接続した世代にアピールするために、可能な限り多くの電動アシスト ガジェットが搭載されています。さらに、残っている内燃エンジンでは、効率の向上に重点が置かれており、必要な精密制御を実現するためにさらに多くの計算能⼒とモーター駆動のアクチュエーターが必要となります。
ブラシレス DC (BLDC) モーター技術は多くの成果を上げており、多くのバッテリー駆動の⺠⽣⽤デバイスは、電⼒とバッテリー寿命の両⽅で達成できる⼤幅な性能向上の恩恵を受けています。⾃動⾞業界もこのテクノロジーに注⽬することが多いですが、機能、実現されるエネルギー効率、システムコストの絶妙なバランスにより、古典的なブラシ付き DC モーターは依然として幅広い⽤途に活⽤され続けています。同様に、⾃動⾞業界は、DC モーター制御シリコン ソリューションの改善を継続的に模索しています。要件は⼤きく異なりますが、⼀般的な要求には、エネルギー効率、最⼩限の熱放散要件、電⼦制御ユニット (ECU) がステータスや機能を問い合わせ、必要に応じて重⼤な障害が発⽣した場合に「リンプ ホーム」機能を実⾏できるようにするさらなるインテリジェンスが含まれます。

Solar power is big business. As demand for solar panels grows, there is an increasing need for more compact and energy efficient electronics so that every possible milliWatt of energy harvested from the sun is captured and made available to use. 

Photovoltaic inverters convert the DC current produced by an array of photovoltaic cells to AC at local line voltage and frequency, ready to be fed into the grid or used to power an off-grid network. Micro-inverters that connect to just one panel each are also available – ensuring that reduced output from any panel (perhaps because of shade or snow) doesn’t disproportionately affect the output of the total array.  

Inverter designers often face the seemingly conflicting requirements of improving performance and minimising losses whilst compacting form factor and ensuring reliability. 

Power MOSFETs are typically the preferred switching semiconductor devices for solar panels because they offer a simple-to-drive option that can be switched efficiently at high frequencies. A rating of 600V and 650V are typically used to ensure enough ‘headroom’ for the safe handling of high voltage transients. 

Power MOSFETs consist of an inherent body diode. To minimise switching losses and increase system efficiency, fast recovery body-diodes (FRD) are requested depending on the circuit topology. Such FRDs are basically and simply characterised by reverse recovery times (trr). In addition, choosing devices in which the FRD is integrated into the body of the MOSFET can help to reduce component count, save space, simplify design and streamline inventory. 

A variety of MOSFETs with integrated body FRDs are now available in different packages. These devices offer trr of just 100ns (compared to 280ns for a standard version) and RDS(ON) as low as 0.23Ω. 

A new window will open