電源技術の多様化に対応、小型・軽量・高効率化を追求

電源用部品新製品の開発活発
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 電源技術の多様化にともない、パワー用部品の新製品開発が活発化してきた。基本的に小型、薄型、軽量および高効率化を追求。分野別では、太陽光および風力発電、EV/HEVなど、環境、新エネルギー分野向けのハイパワー用部品は、高効率化、高信頼性化に向けた技術進展が目覚ましい。一方では、スマートフォンやタブレットPCといったモバイル機器向けのパワー用部品は、小型、薄型化に向けて技術が高度化する。電源用部品の開発は、成長分野に向けてマテリアル、プロセス、評価技術をさらに高度化しながら、絶え間なく続こう。

 太陽光発電では太陽電池から発電された直流の電力を交流に変換するためのパワーコンディショナが用いられる。このパワーコンディショナは昇圧のためのDC―DCコンバータ、商用電源への供給にためのDC―ACインバータから構成。高周波スイッチング技術による小型、高効率化に向けての開発が活発化している。

 パワーコンディショナは絶縁型と非絶縁型があり、これまではアナログ制御の非絶縁型が多かったが、最近ではDC―DCコンバータの制御にデジタルを用いた技術が採用されるようになり、小型、軽量、高効率で、経済性、信頼性の高いパワーコンディショナが出現している。

 風力発電では羽部の内部では、電力系統を監視する電子機器が側壁制御盤に実装されている。高いところに設置されているため、信頼性の高いDINレール型電源が使用されている。特に環境性に優れ、メンテナンスの関係から長寿命であることが望まれている。エコカーは、HEVの普及が本格化し、今後EV、PHEVなどの普及も本格化する。これまでのエンジン駆動に加え、モーターで駆動するもので、振動、衝撃、温度、湿度などの耐環境性に優れ、小型、軽量、高効率化などが求められる。

 いずれにしてもハイパワーで、高電圧、大電流を取り扱うため、パワー用部品に対する信頼性、諸特性の向上が強く求められる。リアクタやチョークコイルといった磁性部品では、ケイ素鋼板、フェライト、アモルファス、メタル系といった様々なコア材料が使用されている。スイッチング周波数やパワー特性などによって最適なコア材が利用され、しかもコア形状も磁界によって最適化。巻線の加工技術も一般的な丸型の銅線を巻線する工法にとどまらず、最近ではエッジワイズ巻きの適用が目立つ。これは平角の銅線を縦巻きする工法で、ハイパワー化にともない採用が増えてきた。

 パワー用コンデンサはアルミ電解およびフィルムコンデンサが採用される。いずれも高温度対応での信頼性確保が強く求められる。アルミ電解は大容量だが、高圧化が厳しい、フィルムは高圧化を特徴とするが、小容量。一次平滑用は高リプル、二次平滑用は低インピーダンスといった特性が求められる。また、高電圧、大容量化に向けては数個を並列、直列に連結したパック化によって対応していく。

 LED関連では一般照明に加え、表示器、看板などとしての利用が広がってきた。LED表示器では、低電圧で大電流が必要。そのために高効率のスイッチング電源が求められている。放熱フィンやファンを削減するために高効率化を推進。同時に軽量化による設備工事の負担を軽減する。また、省スペース化が可能になる。最近では、LED表示器専用のユニット電源の開発も活発化している。これまではカスタム設計が一般的だったが、必要な仕様を組込んだ標準電源の開発が活発化している。

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高密度実装技術使った電源モジュールの開発活発化
一方、スマートフォンなどモバイル機器の分野は、小型、軽量でありながら、高機能化技術が急速に進展している。モバイル機器の場合は、様々な半導体デバイスを駆動するための超小型、低背のDC―DCコンバータモジュールが搭載される。高効率で、低電圧駆動するための回路技術、部品選定が重要。高密度実装技術を使った電源モジュールの開発が活発化している。

パワーインダクタは巻線タイプでの大電流対応、低背化技術が進展。高さ2ミリメートル程度の低背型インダクタの開発が活発化。また、高周波スイッチング技術の適用から、積層型パワーインダクタにおけるハイパワータイプの採用も進んでいる。積層タイプは巻線タイプに比べて、低背化で有利である。高さ1ミリメートル台のインダクタが台頭してきた。

コンデンサは積層セラミックコンデンサ、タンタルコンデンサがモバイル機器で採用される。いずれも電源用としては小型、低背で、低ESR、低ESL化に向けての新製品開発が活発化している。積層セラミックコンデンサではLW逆転タイプ、タンタルコンデンサでは導電性高分子タイプで新電極構造を採用した新製品が市場に投入されている。