AI電力系統革命 大聯大詮鼎が英飛凌と連携してSSTビジネス機会を追求

AIデータセンター、蓄電、電動車充電などのアプリケーションが急速に発展する中、市場における高効率電力変換への需要はますます高まっています。一方で、従来の商用周波数変圧器は効率性と設置スペースの面で課題を抱えています。

こうした背景を受け、大聯大（3702-TW）傘下の詮鼎グループは、インフィニオン（Infineon）と共同で「Infineon SST 技術と応用解析」オンラインセミナーを開催しました。本イベントでは、固形変圧器（Solid-State Transformer：SST）の設計および応用に焦点を当て、データセンター、蓄電、EV充電などにおけるSSTの革新的な活用を推進しています。

詮鼎グループの製品マネージャーである陳外華氏は、従来の商用周波数変圧器と比較して、SSTは電力電子技術によって電気的絶縁、電圧変換、無効電力補償などの機能を統合していると指摘しました。これにより、システム効率を少なくとも1％向上させることができ、占有スペースと重量を30％以上削減することが可能です。また、高速応答性と柔軟なモジュール拡張性を備えており、電力変換パスを大幅に簡素化し、全体のエネルギー使用効率を高めることができます。

データセンターはSSTの重要な応用分野の一つです。初期のUPS給電、HVDC主導時代、パナマ電源による統合最適化を経て、現在ではSSTへと進化しています。給電アーキテクチャの進化に伴い、給電効率とシステム統合度も継続的に向上しています。「エネルギールーター」としてのSSTは、中圧側の高周波絶縁を持つ直流または交流インターフェースを備えており、局所自律的な単方向または双方向電力フローをサポートできます。さらに、電力管理、エネルギー管理、障害管理機能を統合することで、発電、蓄電、負荷の各ユニット間でより柔軟な電力調整を実現します。

SSTのトポロジー構造は主に2レベルおよび3レベル方式に分けられ、全体としては高圧整流段、絶縁変換段、低圧インバータ段の三つの部分から構成されています。高圧整流段では、カスケードHブリッジ（Cascaded H-Bridge：CHB）またはモジュラーマルチレベルコンバータ（Modular Multilevel Converter：MMC）がよく採用されます。

中圧側AC/DC段のソリューションにおいて、CHBトポロジーは分散型独立直流バス構造を採用しており、電気的絶縁の利点があります。また、部品点数が少なく、アームリアクトルが不要なため、高出力密度を実現できます。ISOP構造の分散型高周波変圧器との組み合わせが可能で、バイパスによる定格降下運転もサポートします。

中圧直流を直接出力できないという制約はあるものの、制御の複雑さは中程度であり、優れた全高調波歪率（Total Harmonic Distortion：THD）性能を示します。そのため、データセンター給電、蓄電システム、V2G充電ステーションなどの用途に適しています。

SSTソリューションの設計において、炭化ケイ素（SiC）デバイスはシステム性能を向上させる鍵となる要素です。陳氏によると、従来のシリコンベースデバイスと比較して、SiCはバンドギャップ、臨界破壊電界、熱伝導率、電子飽和ドリフト速度などの特性において優位性を持っています。異なる電圧クラスのバス要件に対応して、インフィニオンは1,200V、2,000V、2,300V、3,300VのSiCデバイス群を提供しており、直列接続段数を削減し、トポロジー構造を簡素化することで、システムの信頼性と出力密度をさらに高めることができます。

製品ラインアップに関して、インフィニオンのCoolSiCシリーズは、個別デバイスからパワーインテグレーテッドモジュールまで幅広いパッケージオプションを提供しています。TO-247、QDPAKパッケージの個別デバイスに加え、Easy、62mm、XHPシリーズのパワーインテグレーテッドモジュールがあり、さまざまな出力クラスのアプリケーションニーズに対応しています。

特にEasyシリーズは高い柔軟性と拡張性を備えており、基板のない12mm高のパッケージ構成を提供し、特定用途向けのカスタマイズにも対応可能です。現在、Easy Bシリーズは量産フェーズに入り、Easy CおよびEasy HD3シリーズも継続的に開発が進められており、高圧応用における効率向上の余地を提供しています。

中～高出力用途向けには、インフィニオンの62mmモジュールが1,200Vおよび2,000Vの2つの製品ラインを展開しており、複数のオン抵抗仕様を備え、すべて半橋トポロジーを採用しています。これにより、システム要件に応じて柔軟に組み合わせて複雑な回路を構築できます。高圧・高出力用途では、XHPシリーズモジュールが2,300Vの耐圧を提供し、銅基板またはアルミニウム・炭化ケイ素基板を選択することで熱抵抗を低減でき、太陽光インバータ、蓄電システムなどの高電力用途に適しています。

さらに、インフィニオンはSiC MOSFET、SiCダイオードに加え、CoolSiC MOSFET専用のゲートドライバーICも提供しており、パワー素子からドライブ制御までの一貫したソリューションを形成しています。これにより、顧客は高効率かつ高信頼性のSSTシステムを構築することが可能になります。