內建1700V耐壓SiC MOSFET的AC-DC轉換器IC，助力工廠智慧化

各行各業加速推進生產線的智慧化

現在從汽車、半導體到食品、藥品和化妝品等各行各業的工廠，既需要進一步提升生產效率和產品品質，還需要推進無碳生產（降低功耗和減少溫室氣體排放）。

在以往的製造業中，提高工廠的生產效率和產品品質一直是重中之重。然而，近年來，對實現無碳社會所做的貢獻不僅成為評估一個企業社會貢獻程度的視角，也成為引進碳定價機制乃至市場進入條件，成為左右商業往來和企業價值的重點項目。

但是，在提高生產線的生產效率和產品品質的同時推進無碳生產並非易事。為了滿足這種高難度的時代需求，很多工廠開始引進更智慧的生產管理系統（圖1）。這種系統透過在生產線上的每個裝置和設備上都安裝感測器，收集各種資料，將裝置和設備的運行情況、健康狀態、以及成品和在製品的進度等視覺化，並利用人工智慧（AI）和大資料分析等手段來根據具體情況即時優化操作條件。

圖1 為提高生產效率和產品品質並促進無碳生產，生產線的智慧化正在加速進行中

供電手段是工廠引進資通訊設備時的課題之一

為了讓生產線更加智慧，在生產線上安裝的資通訊設備和控制設備（比如物聯網設備、邊緣電腦和網路設備）等變得比以往更加多樣化。通常，在工廠中，大多用於生產的各種裝置和設備會被緊密地佈置在工廠的地面上。在推進工廠智慧化的過程中，如何在現有佈局中找到空隙以及如何加裝眾多資通訊輔助設備，是很大的挑戰。其中的難題之一是如何為分散佈置的輔助設備高效率地供電。

如果工廠內用來傳輸感測器所獲取資料的資訊網路採用無線方式，那麼將無需鋪設電纜。然而電源線的情況就不一樣了。一般來講，構成製造設備的大輸出功率電機和加熱器等設備，需要使用至少200V的交流（AC）電源驅動，而大多數情況下需要使用AC400V的電源驅動。但是由於以半導體為核心元件的輔助設備使用的是5V～48V的直流（DC）電源，因此需要在已安裝的裝置和設備用的電源之外另行配置電源。

智慧化生產線對AC-DC轉換器的要求

為輔助設備配置電源的最簡單方法是從現有的電源線（例如AC400V電源線）獲取電力，然後使用AC-DC轉換器將其轉換為5V～48V的DC電源（圖2）。但由於資通訊用的輔助設備畢竟只是附屬設備，為了避免打亂工廠內的設備佈局或增加功耗，對輔助電源所用的AC-DC轉換器提出了以下技術要求：

圖2 輔助電源用AC-DC轉換器的應用及其技術要求

首先是體積必須很小。理想的做法是能夠將構成AC-DC轉換器的功率元件和驅動器IC等半導體集約在一個封裝中。另外要透過提高AC-DC轉換器的工作頻率，來實現線圈和電容等轉換器組成元件的小型化；還要透過使用低損耗和耐熱性優異的功率元件，來實現散熱機構的小型化。

其次是高可靠性。生產線上的設備使用條件嚴苛，一旦發生故障，就可能會造成巨大的經濟損失。透過一體化封裝來降低元件故障風險、並配備各種保護功能是非常必要的做法。

最後是必須具有高效率和低損耗特點。本來是為了實現無碳生產才推動生產線的智慧化，但如果因此而使用的輔助電源消耗了大量電力，那就是本末倒置了。一些工業設備已經配備了用來驅動控制設備的輔助電源。然而，在很多情況下，這些輔助電源使用了耐壓能力低或損耗大的功率元件，而這就意味著它們會消耗超出預期的電力。未來要應對AC400V以上的電源，必須要使用專門為此經過優化處理的功率元件。

在AC-DC轉換器中應用SiC MOSFET的意義和挑戰

隨著新的半導體技術投入實際應用，包括AC-DC轉換器在內的各種功率轉換電路可顯著提高效率並進一步小型化。這是一種將以往主流的Si（矽）半導體材料替換為SiC（碳化矽）功率元件。

透過將導通損耗低、開關損耗低且耐熱性能優異的SiC MOSFET應用在功率轉換電路的開關中，可以構建無需散熱器的高輸出功率AC-DC轉換器。而且這種產品還支援高頻驅動。利用SiC功率元件，可以滿足工廠智慧化過程中對AC-DC轉換器的很多技術要求。

不過，為了更大程度地發揮出其出色的潛力，還需要配備專為驅動SiC MOSFET而優化過的驅動器IC等元件。現有的驅動器IC是針對Si功率元件的特性進行優化的，無法直接應用於SiC功率元件。

ROHM內建SiC MOSFET的AC-DC轉換器的性能和應用優勢

ROHM推出了內建1700V耐壓SiC MOSFET的AC-DC轉換器IC“BM2SC12xFP2-LBZ”，適用於輔助電源等應用。該晶片是將1200V以上高耐壓MOSFET和閘極驅動器IC一體化封裝的全球首發產品。透過將Si MOSFET的AC-DC轉換器所需的12個獨立晶片集約在一個封裝中，大幅減少了元件數量（圖3）。

圖3 將輔助電源用AC-DC轉換器所需的12個元件集約在一個封裝中

另外，透過採用該產品，客戶將能夠以更短的開發週期開發高效率、高可靠性的小型AC-DC轉換器。不僅如此，透過內建SiC MOSFET，還可以配備高精度的過熱保護、過負載保護（FB OLP）、電源電壓引腳的過電壓保護（VCC OVP）、過電流保護、二次側電壓的過電壓保護等功能，可靠性更高，適用於需要連續運行的工業設備的輔助電源。

此外ROHM還利用在SiC MOSFET領域累積的深厚技術實力，針對工業設備輔助電源應用優化了閘極驅動器IC的規格。AC-DC轉換器的功率轉換效率從使用Si MOSFET時的78.5%提高到83.5%，提升效果顯著。控制電路採用準諧振方式，與普通PWM方式相比，可以實現更低的雜訊和更高的工作效率，因此可大幅減少雜訊對工業設備的影響。

可以說ROHM的BM2SC12xFP2-LBZ對於構建旨在提高生產效率和產品品質並推進無碳生產的智慧生產線而言，是不可或缺的產品，也是應用效果非常出色的產品。

相關連結

• ・ROHM推出業界首創內建1700V SiC MOSFET小型表面封裝AC/DC轉換IC「BM2SC12xFP2-LBZ」