高電圧設計の可能性を最大限に引き出します

高電圧システムの要求に対応できる設計を採用した各種デバイスは、優れた信頼性の達成に貢献

開発中の高電圧設計で可能性を最大限に引き出す

高電圧アプリケーションの設計には、いくつかの特有の課題があります。これらに対処するために、電力変換、電流と電圧のセンシング、絶縁、リアルタイム制御に関連する TI の複数の技術を組み合わせ、高電圧設計の簡素化や、最高レベルの効率と信頼性を実現することができます。

高電圧設計で TI 製品を選択する理由

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信頼性重視の製作

数十年にわたる製造経験を活用した TI の各種ソリューションを採用すると、コストと性能の点で優れた利点を達成すると同時に、高電圧システムで必須の信頼性を維持できます。

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特化型デバイスの製品ラインアップ

電力変換からセンシング、絶縁、リアルタイム制御まで、TI の各種アナログ製品と組込みデバイスは連携して動作し、高電圧設計の簡素化に貢献します。

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システムに関するエンド ツー エンド (包括的) のノウハウ

システムに関する TI のエンド ツー エンド (包括的) の専門知識と設計リソースを活用すると、高電圧設計の効率化と開発期間の短縮を実現しやすくなります。 

自信を持って高電圧設計を進めることが可能

効率的な電力変換

高電圧設計で、システムの効率、信頼性、安全性を非常に重視する場合、電力損失を最小限に抑えることが重要です。以下のリソースをご覧になると、システム効率の向上、スイッチング損失と導通損失の最小化、高電圧電力変換向け製品ラインアップと技術の詳細を確認できます。

eBook の詳細:

ホワイト・ペーパー
高電圧システムにおける電力変換の簡素化
最新の部品、トポロジ、システム レベルの革新を活用して、車載と産業用の高電圧アプリケーションで電源設計をシンプルにする方法をご確認ください。
PDF | HTML
e-Book(PDF)
IGBT & SiC Gate Driver Fundamentals
TI の各種絶縁型ゲート ドライバを、高電圧アプリケーション向けの IGBT や SiC パワー FET と組み合わせる利点をご確認ください。
PDF

高精度センシング

高電圧アプリケーションで一般的に発生する過酷な条件下でも設計の信頼性を向上させるうえで、電流と電圧と温度の高精度センシングは重要な役割を果たします。以下のリソースをご覧になると、高電圧の設計を簡素化する方法を確認できます。また、電流と電圧と温度を取り扱う TI の各種センシング製品も参照できます。

eBook の詳細:

ブログ
HV/EV (ハイブリッド車と電気自動車) 向け高電圧電流センシング設計の課題への対処
高電圧電流センシングの主な課題を克服し、開発中の設計プロセスを簡素化する方法をご確認ください。
Analog Design Journal
Using isolated comparators for fault detection in electric motor drives
電気モーター ドライブでの故障検出に絶縁型コンパレータを使用する方法をご確認ください。
PDF | HTML

信頼性の高い絶縁能力

各種高電圧アプリケーションでは、安全性が非常に重要です。最新の各種絶縁技術を使用してこれらのシステムの安全性を維持する方法と、TI の高電圧絶縁製品や技術をご確認ください。

eBook の詳細:

ブログ
高電圧システム設計の信頼性向上と同時にソリューション サイズを小型化しコストを削減する方法
TI の絶縁技術を活用し、信頼性向上と同時に、ソリューションのサイズ小型化やコスト削減を実現する方法をご確認ください。
ビデオ
設計による違い
こちらの短いビデオをご覧になると、絶縁型設計で信頼性と低コストを維持するために TI が進めている革新を確認できます

低レイテンシのリアルタイム制御

高電圧システムは、複雑な電源トポロジに依存しており、信頼性を向上させるには特化型の制御方式が必要です。効率と電力密度の向上に役立つ設計を採用した高度なマイコンを使用して、高電圧電源の設計を効率化する方法をご覧ください。また、TI のリアルタイム制御製品と関連技術をご確認ください。

eBook の詳細:

ブログ
C2000 リアルタイム マイコンを使用し、GaN ベースのデジタル電源設計を最大限活用
GaN ベースの電源設計と、TI の各種 C2000™ マイコンのいずれかを組み合わせて、効率を最大化する方法をご確認ください。
アプリケーション・ノート
The Essential Guide for Developing With C2000 Real-Time Microcontrollers (Rev. F)
C2000 リアルタイム マイコンを使用し、モーター制御、高電圧電源、再生可能エネルギーなどの分野で、堅牢かつ高性能なアプリケーションを実現する方法をご確認ください。
PDF | HTML

他のお客様の成功事例

TI の高電圧テクノロジーについて複数のお客様からどのような声が寄せられているのか、また、高電圧設計の安全性、信頼性、効率を向上させるうえでどのように役立つのか、詳細をご覧ください。

Delta

高効率のパワー エレクトロニクスに関する Delta Electronics の主要な専門知識を活用した GaN アプリケーションは、効率特性を犠牲にせずに電力密度を最大化することを重視しています。結論として、従来は実現できなかった製品も、GaN 技術を使用すると開発可能になる可能性の扉が開きます」。

- Kai Dong 氏 | Delta Electronics、研究開発マネージャ、カスタム設計事業部

ケース スタディをご覧ください

Ecoflow

Ecoflow の新しい PowerStream Microinverter は、GaN (窒化ガリウム) FET、C2000™ リアルタイム マイコン、デジタル アイソレータ、絶縁型ゲート ドライバなど、TI の高電圧テクノロジーを採用しています。TI の GaN を採用した結果、Ecoflow はマイクロインバータのコンパクト化と効率化を進め、信頼性を高めることができました。TI の C2000 MCU は、洗練された制御アルゴリズムを実装し、マイクロインバータをスマート化するのに役立ちました。これらすべてのおかげで、使いやすく競争力のある製品を製造できました。Ecoflow は、ソーラー エネルギー市場での継続的なイノベーションに取り組んでおり、TI と協力し、Ecoflow の今後の太陽光発電アプリケーションに TI の最新テクノロジーを組み込むことを期待しています。

- Shida Gu | Ecoflow、電源ハードウェア エンジニア

ソーラー エネルギー ソリューションを表示

主なアプリケーションの概要

HV/EV (ハイブリッド車と電気自動車) のインバータとモーターの制御
システム・レベルの効率改善と電力密度の最大化
ソーラー システムとエネルギー ストレージ システム
各種 GaN FET や、IGBT と SiC をサポートする各種ゲート・ドライバとバイアス電源で構成された TI の製品ラインアップを活用すると、電力密度の向上が可能
HV/EV (ハイブリッド車と電気自動車) のバッテリ管理システム (BMS)
バッテリ効率の最適化や、バッテリ・パックの安全性の容易な診断と管理を実現可能
EV (電気自動車) 充電インフラ
電力密度の向上と、DC wallbox つまり家庭設置用チャージャのサイズ小型化を実現可能
パワー デリバリ
信頼性を犠牲にせずに、より小規模なスペースでより多くの電力に対応

システム・レベルの効率改善と電力密度の最大化

インバータとモーター制御の各システムで TI の高電圧技術を活用すると、非常に信頼性の高いソリューションを実現できます。

利点:

  • IGBT と SiC FET 向けの絶縁型ゲート・ドライバを使用すると、システム・レベルの効率を改善し、障害条件を監視することができます。
  • 高性能リアルタイム・マイコンを使用すると、新しいアーキテクチャの構築、航続距離の延長、電力密度の向上を実現できます。
  • バイアス電源ソリューションを採用すると、システム・コストの最適化と、機能安全の効率化を実現できます。
  • TI の各種センシング・ソリューションを使用すると、電流と電圧を高精度測定し、システムの効率、信頼性、性能を向上させることができます。 

主なリソース

リファレンス・デザイン
  • PMP23223 – バイアス電源搭載、スマート絶縁型ゲート・ドライバのリファレンス・デザイン
  • PMP22817 – 車載対応、SPI プログラマブル・ゲート・ドライバとトランス内蔵バイアス電源のリファレンス・デザイン
  • TIDM-02009 – ASIL D 安全性コンセプト検証済み、高速トラクション、双方向 DC/DC 変換のリファレンス・デザイン

各種 GaN FET や、IGBT と SiC をサポートする各種ゲート・ドライバとバイアス電源で構成された TI の製品ラインアップを活用すると、電力密度の向上が可能

TI の高電圧電力変換技術と電流や電圧のセンシング技術を活用して、信頼性の高いソーラー・エネルギーとエネルギー・ストレージの各システムを製作すると、いっそう持続可能性の高い将来を実現しやすくなります。

利点:

  • 各種 GaN FET や、SiC と IGBT の各ゲート・ドライバとバイアス電源、高度なリアルタイム制御マイコンで構成された TI の製品ラインアップを活用すると、電力密度を向上させることができます。
  • 制御ループ、アーク検出、絶縁に関する要件を満たす、高速で高精度の電流センシングを実現できます。 

主なリソース

リファレンス・デザイン
  • TIDA-01606 – 10kW、双方向、3 相、3 レベル (T タイプ) インバータと PFC のリファレンス・デザイン
  • TIDA-010210 – GaN ベース、11kW、双方向、3 相 ANPC (アクティブ中性点クランプ型) のリファレンス・デザイン
  • TIDA-010054 – レベル 3 の電気自動車 (EV) 充電ステーション向け、双方向、デュアル アクティブ ブリッジのリファレンス デザイン

バッテリ効率の最適化や、バッテリ・パックの安全性の容易な診断と管理を実現可能

電流と電圧のセンシングや絶縁監視など、BMS (バッテリ管理システム) の非常に重要な機能で技術的革新を活用する各種 BMS ソリューションを採用すると、電気自動車 (EV) の普及に影響を及ぼすいくつかの課題を克服しやすくなります。

利点:

  • 電流と電圧の高精度測定を実現すると、バッテリ・モニタとバランサを活用し、バッテリ・パックの安全性を効果的に管理することができます。
  • ソリッドステート・リレー (半導体リレー) を活用すると、業界をリードする信頼性の確保、800V EV BMS (バッテリ管理システム) の安全性向上、システムのサイズとコストの最大 50% 低減を実現できます。

主なリソース

リファレンス・デザイン
  • TIDA-050063 – 高電圧ソリッドステート・リレー (半導体リレー) 向け、アクティブ型事前充電 (プリチャージ) のリファレンス・デザイン

電力密度の向上と、DC wallbox つまり家庭設置用チャージャのサイズ小型化を実現可能

DC 充電ステーションと wallbox つまり家庭設置用チャージャのコストを削減すると同時に、安全性とユーザー環境全体の向上につながる各種設計を活用すると、自動車の電動化という次世代構想を推進できます。

利点:

  • 希望のワイド・バンドギャップ IC を、GaN (窒化ガリウム) FET、SiC と IGBT の各ゲート・ドライバ、絶縁型バイアス電源で構成された TI の製品ラインアップと組み合わせて使用することができます。
  • GaN 技術を採用すると、IGBT ベースのソリューションに比べて電力密度を向上させ、DC wallbox つまり家庭設置用チャージャのサイズを小型化することができます。
  • 業界をリードする電流と電圧センシング技術を活用すると、複数の電圧ドメイン間で信頼性の高いデータ転送を実現できます。 

主なリソース

リファレンス・デザイン
  • TIDA-01606 – 10kW、双方向、3 相、3 レベル (T タイプ) インバータと PFC のリファレンス・デザイン
  • TIDA-010210 – GaN ベース、11kW、双方向、3 相 ANPC (アクティブ中性点クランプ型) のリファレンス・デザイン
  • TIDA-010054 – レベル 3 の電気自動車 (EV) 充電ステーション向け、双方向、デュアル アクティブ ブリッジのリファレンス デザイン

信頼性を犠牲にせずに、より小規模なスペースでより多くの電力に対応

高電圧の電力変換技術と低レイテンシのリアルタイム制御技術を取り揃えた TI の製品ラインアップを活用すると、信頼性と電力密度がいっそう向上し、エネルギー効率が高く、適切な保護機能を採用した電源を設計して製作することができます。

利点:

  • TI の GaN 技術を活用すると、 80 Plus® Titanium を上回る 96.5% のエネルギー効率を達成できます。
  • TI の各種統合型ゲート・ドライバを使用すると、寄生損失を低減し、システム・レベルの設計を容易にすることができます。  

主なリソース

最終製品 / サブシステム
リファレンス・デザイン
  • PMP23069 – 最大 16A の入力に対応し、180W/in3 (10.98W/立方 cm) を上回る電力密度を達成する、3kW の単相トーテム・ポール・ブリッジレス PFC のリファレンス・デザイン
  • PMP23126 – アクティブ・クランプ搭載、270W/立方インチ (16.48W/立方 cm) を上回る電力密度、3kW 位相シフト・フルブリッジのリファレンス・デザイン
  • PMP40988 – 可変周波数、ZVS (ゼロ電圧スイッチング)、5kW、GaN ベース、2 相トーテムポール PFC のリファレンス・デザイン

主な高電圧製品を参照

新製品 窒化ガリウム (GaN) 電力段 LMG3624 プレビュー ドライバと保護機能と電流センシング機能内蔵、650V、170mΩ、GaN FET
新製品 絶縁型ゲート・ドライバ UCC5880-Q1 アクティブ 車載、高度な保護機能搭載、20A、絶縁型、リアルタイムで可変の IGBT/SiC MOSFET ゲート ドライバ
新製品 ホール・エフェクト電流センサ TMCS1123 アクティブ ±1300V reinforced isolation, 80Arms 250kHz Hall-effect current sensor with AFR, reference and ALERT
新製品 フォトカプラ・エミュレータ ISOM8110 アクティブ 100% ~ 155% の CTR (電流伝達率)、DC 入力、トランジスタ出力、シングルチャネル、フォトカプラ エミュレータ

高電圧分野向けの主なリファレンス デザイン

リファレンス・デザイン
可変周波数、ZVS (ゼロ電圧スイッチング)、5kW、GaN ベース、2 相トーテムポール PFC のリファレンス・デザイン
このリファレンス・デザインは、高密度で高効率の 5kW トーテムポール力率補正 (PFC) 設計です。このデザインは、可変周波数と ZVS (ゼロ電圧スイッチング) の組み合わせで動作する 2 相トーテムポール PFC を使用しています。この制御方式は、新しいトポロジと改良型の三角波電流モード (ITCM) を使用し、小型化と高効率化を実現します。このデザインは、TMS320F280049C マイコンの内部にある高性能プロセッシング・コアを使用し、広い動作範囲にわたって効率を維持します。この PFC は 100kHz~800kHz の可変周波数範囲で動作します。電力密度が (...)
リファレンス・デザイン
高電圧の EV (電気自動車) 充電とソーラー・エネルギー分野の絶縁監視に適した AFE (アナログ・フロント・エンド) のリファレンス・デザイン
このリファレンス・デザインは、電気ブリッジを使用する DC 絶縁監視 (DC insulation monitoring:DC-IM) 方式を採用しています。その結果、対称型と非対称型の各高精度絶縁リーケージ検出メカニズムと、絶縁抵抗検出メカニズムを実現できます。TI は新世代の絶縁型アンプとスイッチャを提供しています。これらを採用すると、ホット・サイド (高電圧側) に外部電源を配置せずに絶縁を実現することができます。したがって、マイコンはコールド・サイド (低電圧側) (...)
リファレンス・デザイン
ソリッド・ステート・リレー (半導体リレー) 向け、過電流と過熱保護のリファレンス・デザイン

このリファレンス・デザインは、半導体リレーに関連する過電流保護と過熱保護の実現方法を提示します。このリファレンス・デザインは、5kVRMS 強化絶縁型スイッチ・ドライバである TPSI3050-Q1 を採用しています。TPSI3050-Q1 デバイスは、絶縁を実現すると同時に信号と電力を 2 次側に伝送するラミネート・トランスを内蔵しています。その結果、絶縁型バイアス電源が不要になります。加えて、TPSI3050-Q1 デバイスは、高電圧 (HV) 側にある外部回路に電力を供給できます。このリファレンス・デザインは、最大 4A の負荷条件で、最大 500VDC または 350VAC (...)

リファレンス・デザイン
Bidirectional high density GaN CCM totem pole PFC using C2000™ MCU

このリファレンス・デザインは、3.kW の双方向、インターリーブ形式の連続導通モード (CCM) トーテムポール (TTPL) ブリッジレス力率補正 (PFC) 電力段であり、C2000™ リアルタイム制御コントローラと、ドライバや保護機能を統合した GaN (窒化ガリウム) である LMG3410R070 を使用しています。 この電源トポロジは、双方向の電源フロー (PFC とグリッド接続型インバータ) に対応する能力があるほか、LMG341x GaN (...)

リファレンス・デザイン
10kW、双方向、3 相、3 レベル (T タイプ) インバータと PFC のリファレンス・デザイン
この検証済みリファレンス・デザインは、3 レベルの 3 相 SiC をベースとする、グリッド接続型 DC/AC インバータ段を実装する方法の概要を示します。 50KHz の高いスイッチング周波数により、フィルタ設計に使用する磁気素子のサイズ低減と、電力密度の向上を実現しています。SiC MOSFET の採用によりスイッチング損失を低減し、最大 1,000V の高い DC バス電圧に対応するとともに、スイッチング損失低減を通じて 99% のピーク効率も実現します。このデザインは、2 レベルまたは 3 レベルのインバータで動作するように構成することもできます。

これらの高電圧向け技術の詳細をご覧ください

エネルギー使用量の低減とフットプリントの小型化を通じて、設計の迅速化とシステムの低発熱化を実現できます。

より信頼性の高い絶縁の採用を通じて、より低いシステム コストで、安全性が向上します。

技術リソース

ブログ
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高電圧技術が実現する持続可能な未来
自動車の電動化が一般化する中、半導体技術の革新により、安全かつ信頼性の高い方法で、電気自動車 (EV)や再生可能エネルギー源など、他の高電圧システムを連動させることが可能となります。このブログで詳しく説明しています。
ブログ
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高電圧テクノロジーの活用で、より持続可能性の高いエネルギー エコシステムを製作可能
エネルギーを効果的かつ効率的に捕捉、変換、分配するテクノロジーは、化石燃料から再生可能エネルギーへの移行に役立ちます。この移行で高電圧テクノロジーが果たす役割をご確認ください。
ブログ
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GaNがパワー マネージメントの変化を推進する3つの理由
多くのアプリケーションで、シリコンから GaN (窒化ガリウム) への置き換えが進んでいます。回路エンジニアが開発中の設計で GaN の採用を考えている 3 つの理由をご確認ください。