パワーデバイスにおける過電流検知用TSV構造MEMSロゴスキーコイル

摘要

太陽光発電や電気自動車充電ステーション等に用いられる産業用パワーコンディショナは、内陸地域や沿岸地域、砂漠地帯から極寒地域まで、世界各地の様々な温度、湿度、塩害雰囲気等の環境で用いられている。このような過酷な環境で長期間使用される場合、パワーコンディショナ内のインバータやコンバータに使われているパワーSi-MOSFET、Si-IGBTの過電流による故障が想定される。このような異常が発生した場合には、火災や感電などの事故防止、エネルギーロスの防止のため、早急な異常検知、復旧が必要である。すでに実用化されている電流センサは、CT（Current Transformer）型や、ホールCT型（ホール素子＋CT）、フラックスゲート型、シャント抵抗型などがあり、目的にあった仕様、方式が用いられている。太陽光発電や電気自動車で用いられる数100Aの大電流検出では、ホール素子型電流センサ、磁気飽和型電流センサなどが開発されている。これらは構造や制御、調整が複雑であったり、磁性材料を用いる場合はシリコン系パワーデバイスへの集積化は適用困難である。ロゴスキーコイル型電流センサは、磁性材料を必要とせず、磁気飽和がないため大電流が検出可能であり、ループ形状電流センサなどが実用化されている。小型ロゴスキーコイル型電流センサとしては、プリント基板などにviaを形成し、めっきや半田で配線したものなどが報告されており、良好な特性が得られている。