GaN类功率元件，高耐压成功率半导体主角

图12：逆变器产生的电磁噪声

　　逆变器会产生电磁噪声（a）。据芝浦工业大学的斋藤研究室介绍，采用GaN类功率元件时，在10MHz以上的高频范围，电磁噪声要比超结构造的Si制MOSFET小（b、c）。（图由本站根据芝浦工业大学和三垦电气的资料制作）

　　GaN类功率元件的这种高频噪声比超结构造的MOSFET“更容易减小”（芝浦工业大学工学部电气工学科讲师斋藤真）。不过，与IGBT相比，“10M～100MHz频带的传导噪声和电磁辐射噪声会增大至10～20dB左右”（斋藤）。

　　因此，斋藤等人试制了在采用1级构成的同时可抑制10MHz以上传导噪声的滤波器电路。增加滤波器电路的级数可抑制高频噪声，但只单纯增加级数的话效率会下降。

　　斋藤等试制的滤波器在采用1级构成的同时，可将高频噪声降至与原来的2级构成滤波器相同的水平（图13）。也就是说，可将10M～100MHz频带产生的电磁噪声降至10dB左右。

图13：改善噪声滤波器，降低高频噪声

　　逆变器为降低电磁噪声采用噪声滤波器（a）。GaN类功率元件由于开关速度快，容易产生10MHz以上的高频噪声。芝浦工业大学的斋藤通过改变逆变器输入侧设置的噪声滤波器的设计，在采用1级滤波器构成的同时，实现了与原来的2级构成滤波器大致相同的噪声抑制性能（b ）。（图由本站根据芝浦工业大学的资料制作）

　　斋藤没有公布详情，不过介绍说是通过改善电容器的配置位置等电路布局，以及改变使用的部件种类实现的。另外，为降低电磁噪声，还在与部件厂商共同开发滤波器使用的新扼流线圈。

　　第三，应对无意识导通现象的对策。GaN类晶体管的阈值电压为＋2V左右，低于Si制晶体管，极有可能在无意识的情况下导通。

　　例如，驱动3相交流马达的逆变器在某一个相的电路打开时，处于关闭状态的其他相的栅极驱动电路有时会产生尖峰（Spike）电压。Si制功率元件的阈值电压高达＋3V以上，因此通过该尖峰电压导通的可能性较低，但“GaN类晶体管的阈值电压较低，可能会发生误动作”（芝浦工业大学的斋藤）。因此，需要比Si制功率元件更为谨慎地实施尖峰电压对策。关于该课题，斋藤也表示“已经有了解决的眉目”。