SDVを支えるアナログ・デバイセズのAutomotive Solution Vol.3　ハーフブリッジ回路サイズを約50％低減　次世代チャージャを実現する革新的なSiC Smart Switchを開発

　「EVやPHEVでは内部アーキテクチャの継続的な見直しが進められています。モーターとインバータを一体化した電動アクスル（eAxle）に、さらに充電回路も統合しようという動きもあり、回路の小型化や低背化は必須の要件になっています。Smart Switchはそうしたニーズに応えるソリューションとして開発しました」と、アナログ・デバイセズでオートモーティブ用電源ソリューションを担当する奥野耕介氏は述べる。

　Smart Switchは、最高1200Vの耐圧を持つSiC FET（電界効果トランジスタ）を、標準的な5Vのデジタル信号でオンとオフの切り替えが可能なパワースイッチである。一般に、SiCスイッチの切り替えには20V程度のゲート信号を与えなければならず、ゲートドライバICや、これを駆動する電源レールが必要になるが、Smart Switchなら単一の5V電源だけで構成できる。

　「回路としては、SiCを材料とする高耐圧JFET（ジャンクションFET）と、シリコンを材料とするMOSFET（金属酸化膜半導体FET）を縦続に接続することで、このような特長を実現しています」と奥野氏は説明する。

　Smart Switchにはこの他に、過電流保護回路、ダイ温度監視回路、スルーレート制御回路などが集積されているため、周辺回路の削減にも貢献する。

　Smart Switchを用いると、どの程度の小型化が図れるのか。DC/DCコンバータを内蔵した4チャンネル・アイソレータ「ADuM6423A」とSmart Switchを用いてハーフブリッジ回路を構成した場合の実装例を図2に示す。

　図2右のSmart Switchの基板内、左側に並ぶ2個のICがSmart Switchであり、パッケージサイズは10mm×11mm×高さ4.5mm。基板右側の2個のICはADuM6423Aだ。

　この例での回路サイズは、名刺の半分程度に相当する57mm×43mmである。外部トランスを必要としないため、Smart Switchのパッケージの高さ4.5mmがそのまま回路の高さとなるため、小型化と共に低背化を実現する。

　奥野氏は、図2左の従来のハーフブリッジ構成の基板と比較しながら、「パワースイッチ、ゲートドライバ、絶縁電源、絶縁電源用トランス、温度センサーなどをディスクリートで組んだ場合に比べて、回路サイズはおよそ50％小さくなり、部品点数（BOM）はおよそ70％も少なくなります」と、Smart Switchのメリットを訴求する。

　また、ハーフブリッジ構成はフルブリッジ構成の基礎となる回路であり、交流オンボード・チャージャの小型化や低背化を実現できることも伺える。

　この他、エアコンや、サーマル・マネジメントシステムに使用する電動コンプレッサの駆動、800Vなどのバッテリ電圧と補機が必要とする12V系とを双方向に変換するフルブリッジDC/DCコンバータ、V2G（Vehicle-to-Grid）や非常時にバッテリ電圧をAC100Vに変換して出力するコンバータ（双方向チャージャ）などにも適していると言えるだろう。サンプル提供は2024年後半に、量産は2025年に予定されている。

　アナログ・デバイセズはインテリジェント・エッジというキーワードを掲げ、エッジ側の情報を計測するデバイスや、エッジを結ぶ高速ネットワークを提供してきた。

　奥野氏は、「回路の末端までインテリジェント化を図るのがインテリジェント・エッジであり、その意味で機能と性能に優れたSmart Switchもインテリジェント・エッジを構成する一部であると考えています。今後のラインアップの拡充も含め、さまざまなエネルギーのスイッチングに最適なSmart Switchにぜひご期待ください」と述べている。

　OEMやサプライヤが求める小型化のニーズに応えるSmart Switch。アナログ・デバイセズは、実績あるバッテリ・マネジメント・システムやデジタル・アイソレータと合わせて、次世代チャージャの開発を加速してくれるだろう。