800VシステムのEV SiC MOSFET

ポルシェ・タイカンやヒョンデ・アイオニック5などが採用する「800Vシステム」は、EVの歴史における大きな転換点です。そして、このシステムの性能を支える「心臓部」こそがSiC MOSFETです。

なぜ800Vシステムにおいて、従来のプレーナー型以上に「トレンチ型」や「電界緩和層」といった高度なSiC構造が必要とされるのか、その理由を解説します。

1. 800V化でSiCが必要になる物理的理由

従来の400Vシステムでは、安価なシリコン製のIGBTも使えましたが、800V化すると以下の壁にぶつかります。

• 耐圧の確保: 800Vのバッテリー電圧を制御するには、余裕を見て1200V耐圧の素子が必要です。

• 効率の激減: シリコン（Si）で1200V耐圧を作ると、素子が厚くなり「オン抵抗」と「スイッチング損失」が急増します。

• 解決策: SiCはSiの10倍の絶縁破壊強度を持つため、1200V耐圧でも素子を非常に薄く作れ、損失を劇的に抑えられます。

2. 800V EVにおける「トレンチ型」の劇的なメリット

800Vシステムを採用するポルシェやヒョンデが、さらなる効率を求めて最新世代のトレンチ型へ移行している理由は、主に「発熱」と「スペース」にあります。

超急速充電の実現

• 現状: アイオニック5やタイカンは、わずか18～22分でバッテリーを10%から80%まで充電できます。

• トレンチ型の役割: 充電中はインバータだけでなく「DC/DCコンバータ」もフル稼働します。トレンチ構造で損失を極限まで減らすことで、充電中の発熱を抑え、冷却システムの負荷（重量・電力）を減らし、結果として充電速度を維持しやすくしています。

航続距離の延長（電費向上）

• トレンチ構造はプレーナー型に比べ、同じチップ面積で抵抗を約30〜50%削減できます。

• 800Vシステムはもともと「電流を半分にして配線の熱損失（$I^{2}R$）を下げる」のが目的ですが、トレンチ型SiCを組み合わせることで、低速走行時の微小な電力ロスまで徹底的に排除し、実用航続距離を5〜10%向上させています。

3. 車種別の採用状況と戦略

4. 800Vシステムと「電界緩和層」の密接な関係

800V（1200V耐圧）クラスのトレンチ型デバイスでは、「電界緩和層（シールド層）」が生命線となります。

電圧が高くなればなるほど、トレンチの底にかかる電界強度は増大します。

• 緩和層がない場合: 800Vの電圧がかかった瞬間、トレンチ底部の酸化膜が数マイクロ秒で破壊される恐れがあります。

• 緩和層がある場合: 底部に配置されたp型領域が「盾」となり、高い電圧を基板側へ逃がします。これにより、アイオニック5のような「800Vシステムを日常的に、10年以上使う」ための信頼性が担保されています。

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