VVVF制御などに用いられる電力制御用の半導体（パワー半導体）について調べたことを書く。
韓国ではICGTというパワー半導体を使ったHSR-350Xという高速試験車両を作ったが、IGCTという素子が燃えるトラブルが発生し、利用を断念した経緯があるという話はご存知だろう。
韓国発の高速鉄道試験車両HSR-350XにはＩＧＣＴ素子が使われた
IGCTとは“Integrate GCT”の略で、そのGCTはGTOの改良版であり、IGCTは、そのGCTを発展させたものである。
そしてそのGCTは日本の三菱が1995年に発明した半導体素子であると日本のWikipedia(サイリスタの項)には記載されている。
IGCTの利用は、ヨーロッパのABBという会社が熱心であるが、鉄道分野に強いABBでさえ、IGCTを鉄道への応用に成功させたという話は聞かない。最新式のＴＧＶもIGBTを使用しており、IGCTは鉄道分野では産業的な地位を確保できなかったとみるべきだろう。
しかし、いろいろと調べると、チェコ鉄道のClass 560(1966-1971製造)を使ってIGCTのテストを行っている。行った期間は1997年から2003年である。GTOより電力損失が少なく、IGBTより高電圧に耐えることから、チェコ鉄道のテストを知った韓国が、我々でもと思ったのかもしれない。
韓国より先にチェコ鉄道のClass 560でIGCT素子のテストが行われた
ではなぜ、HSR-350Xに使われたIGCTは燃えたのか？燃える現象は、IGCT以前のGTOを使ったヨーロッパの電気機関車でも時々起こる現象だった。理由のひとつが、宇宙線の影響である。半導体素子に宇宙線があたると大電流が流れて壊れる。パソコンなどのメモリーにおいても宇宙線の影響はあるが、ＥＣＣ付のメモリーのように誤り訂正さえすれば大丈夫というわけには、いかないのが、パワー半導体の怖いところだ。
IGBTに話を移す。いまや家庭電化製品にも普通に用いられているIGBTであるが、アメリカではRCAが1980年に特許を出願し、1983年にGEから製品が発売されている。実は、日本では、アメリカより12年も前の1968年にIGBTの特許が成立している。特許を出したのは三菱電機であり、世界的にもIGBTのパイオニアは、日本人だとされている。
製品としてはアメリカに先に越されたが、発売されたＧＥの製品は、すぐに壊れて使い物にならないレベルだったらしい。
その使い物にならないIGBTを使い物になるレベルにしたのが東芝で、“Non-Latch-Up IGBT”という名前で素子が破壊されにくいものを1985年に発売している。東芝のこの改良は、2010年にIEEEの賞を受賞する栄光に輝いている。
http://www.ieee.org/about/news/2010/2september_2010.html
また、三菱電機は、2000年以降にIGBTをIPM(インテリジェントパワーモジュール)という形にして、さらに壊れにくいものにして、信頼性を向上させている。このように、安心して使える工業製品として日本企業が改良したことにより、他の色々なパワー半導体を退けて、IGBTが多く使われるようになったと思われる。
東芝では、大電力に弱いIGBTを改良してIEGT素子というものも発明しており、東急の5080系、N700系の一部、中国向けの機関車、トルコの通勤電車等に採用されているようだ。
東急の5080系には、東芝のIEBT素子が使われている
三菱でも、大電力に改良したIGBTをHVIGBT(High Voltage IGBT)として開発しており、また、鉄道には用いていないが改良したGCT素子を使ったモジュールも電力会社や鉄鋼会社向けに販売している。これら三菱の製品は、実際は、IEGTやIGCTかもしれない。名前を変えないのは、IGBTやGCT素子の発明者だからだろうか？
VVVF 제어 등에 이용되는 전력 제어용의 반도체(파워 반도체)에 대해 조사한 것을 쓴다.
한국에서는 ICGT라고 하는 파워 반도체를 사용한 HSR-350 X라고 하는 고속 시험 차량을 만들었지만, IGCT라고 하는 소자가 불타는 트러블이 발생해, 이용을 단념한 경위가 있다고 하는 이야기는 아시는 바일 것이다.
한국발의 고속 철도 시험 차량 HSR-350 X에는 IGCT 소자가 사용되었다
IGCT와는"Integrate GCT"의 약어로, 그 GCT는 GTO의 개량판이며, IGCT는, 그 GCT를 발전시킨 것이다.
그리고 그 GCT는 일본의 미츠비시가 1995년에 발명한 반도체소자이라고 일본의 Wikipedia(사이리스터의 항)에는 기재되어 있다.
IGCT의 이용은, 유럽의 ABB라고 하는 회사가 열심이지만, 철도 분야에 강한 ABB조차, IGCT를 철도에의 응용에 성공시켰다고 하는 이야기는 듣지 않는다.최신식의 TGV도 IGBT를 사용하고 있어, IGCT는 철도 분야에서는 산업적인 지위를 확보할 수 없었다고 보아야 하는일 것이다.
그러나, 여러가지 조사하면, 체코 철도의 Class 560(1966-1971제조)을 사용해 IGCT의 테스트를 실시하고 있다.간 기간은 1997년부터 2003년이다.GTO보다 전력 손실이 적고, IGBT보다 고전압에 참는 것으로부터, 체코 철도의 테스트를 안 한국이, 우리라도라고 생각했을지도 모른다.
한국에서(보다) 먼저 체코 철도의 Class 560으로 IGCT 소자의 테스트를 했다
그럼 왜, HSR-350 X에 사용된 IGCT는 불탔는가？불타는 현상은, IGCT 이전의 GTO를 사용한 유럽의 전기 기관차로도 가끔 일어나는 현상이었다.이유의 하나가, 우주선의 영향이다.반도체소자에 우주선이 맞으면 대전류가 흘러 망가진다.PC등의 메모리에 대해도 우주선의 영향은 있지만, ECC 첨부의 메모리와 같이 잘못해 정정만 하면 괜찮다라고 할 수는, 가지 않은 것이, 파워 반도체의 무서운 곳이다.
IGBT에 이야기를 옮긴다.지금 가정 전자제품에도 보통으로 이용되고 있는 IGBT이지만, 미국에서는 RCA가 1980년에 특허를 출원해, 1983년에 GE로부터 제품이 발매되고 있다.실은, 일본에서는, 미국에서(보다) 12년이나 전의 1968년에 IGBT의 특허가 성립하고 있다.특허를 낸 것은 미츠비시 전기이며, 세계적으로도 IGBT의 파이오니아는, 일본인이라고 되고 있다.
제품으로서는 미국에 먼저 넘어졌지만, 발매된 GE의 제품은, 빨리 망가져 쓸모가 있지 않은 레벨이었던 것 같다.
그 쓸모가 있지 않은 IGBT를 쓸모가 있는 레벨로 했던 것이 토시바에서,"Non-Latch-UpIGBT"라는 이름으로 소자가 파괴 되기 어려운 것을 1985년에 발매하고 있다.토시바의 이 개량은, 2010년에 IEEE의 상을 수상하는 영광에 빛나고 있다.
http://www.ieee.org/about/news/2010/2september_2010.html
또, 미츠비시 전기는, 2000년 이후에 IGBT를 IPM(인텔리전트 파워 모듈)라고 하는 형태로 하고, 한층 더 망가지기 어려운 것으로 하고, 신뢰성을 향상시키고 있다.이와 같이, 안심하고 사용할 수 있는 공업제품으로서 일본 기업이 개량한 것에 의해, 다른 다양한 파워 반도체를 치우고, IGBT가 많이 사용되게 되었다고 생각된다.
토시바에서는, 대전력에 약한 IGBT를 개량해 IEGT 소자라는 것도 발명하고 있어, 토큐의 5080계, N700계의 일부, 중국용의 기관차, 터키의 통근 전철등에 채용되고 있는 것 같다.
토큐의 5080계에는, 토시바의 IEBT 소자가 사용되고 있다
미츠비시에서도, 대전력으로 개량한 IGBT를 HVIGBT(High Voltage IGBT)로서 개발하고 있어, 또, 철도에는 이용하지 않지만 개량한 GCT 소자를 사용한 모듈도 전력회사나 철강 회사 전용으로 판매하고 있다.이것들 미츠비시의 제품은, 실제는, IEGT나 IGCT일지도 모른다.이름을 바꾸지 않는 것은, IGBT나 GCT 소자의 발명자이니까일까？