TI、高電力密度を実現したインダクタ内蔵の6Aパワーモジュールを発表

　

　Texas Instruments(TI)は、インダクタ内蔵ながら750W/inch3の電力密度および、最高97%の電力変換効率を実現した6V/6Aの同期整流完全集積型パワー・モジュール「TPS84610」を発表した。

　同製品は、2.95V～6Vの入力電圧範囲をサポートし、最小で0.8Vの出力電圧を発生するほか、スイッチング周波数を500kHz～2MHzの範囲で可変することが可能だ。また、9mm×11mm×2.8mmの低ノイズのモジュールを採用したことで、EMCノイズ規格であるEN55022 Class Bに適合しており、ブロードバンド通信機器をはじめとしたノイズに敏感なアプリケーションでも適用可能となっている。

　また、1個のリードフレーム・パッケージ内にインダクタと受動部品を内蔵し、3個の外付け部品のみで、実装面積150mm2の完全集積型ソリューションを実現することが可能であるため、通信用機器のDSPおよびFPGAの電源設計の簡素化が可能であり、市場の同種のモジュール製品と比較して40%良好な12℃/Wの放熱特性を提供することが可能だとしている。

　なお、同製品はすでに量産出荷を開始しており、1000個受注時の単価は6.50ドル(参考価格)となっている。

　6V/6Aの同期整流完全集積型パワー・モジュール「TPS84610」

IDT、クラウドおよび4G無線インフラ向けに汎用性の高いWAN PLLを製品化

　

　Integrated Device Technology(IDT)は、クラウドベースのネットワーキンクや4G無線インフラにおける、同期イーサネット(Sync Ethernet)およびIEEE 1588アプリケーションの両方をサポートする広域ネットワーク(WAN) PLL(位相同期ループ)製品「IDT82V3391」を発表した。

　IDT82V3391は、SDH、SonetおよびT1/E1クロックレートのレガシーサポートを備え、同期イーサネットとIEEE1588の両方をサポートする1チップPLL。また、4GやLTE技術で一般的な機能として、1秒間に1つのパルス(pps:pulse-per-second)の入力信号で同期することができると同時に1pps出力を提供する。

　サポートするプロトコルの種類が多く、高い汎用性を有しており、1つのPLLデバイスにより広範囲のアプリケーションをサポートできる。

　なお、同製品はパッケージに100ピンTQFP(thin quad flat pack)を採用しており、現在、特定の顧客向けにサンプル出荷を開始している。

　IDT82V3391の製品イメージ

理研、集中時に作業精度が高まる理由は脳が「効率的選択」を行うためと発表

　

　理化学研究所(理研)は12月8日、人間の脳が1つの事象に対して「注意」を向けて集中を高める時、意味のある重要な情報だけを選別して感覚野から知覚野へ受け渡す「効率的選択」という脳のメカニズムが主に働いていることを、行動実験中のヒトの脳神経活動測定と理論計算によって明らかにしたと発表した。ここでいう「注意」とは、心理学用語で、ある周囲の事物や事象の特定部分、または心的活動の特定の側面に対し、選択的に反応したり注目したりするように仕向ける意識の働きを指す。

　発見は理研脳科学総合研究センターGardner研究ユニットのジャステン・ガードナー(Justin L. Gardner)ユニットリーダーらによるもので、成果は米科学誌「Neuron」12月8日号に掲載に先立ち、日本時間12月8日のオンライン版に掲載された。

　脳神経科学の分野では、脳が刺激に対してどのように「注意」を向け、集中するかについて盛んに研究が行われている。認知学的な行動実験でも、被験者が「注意」すると課題に対する正答率が向上することが確認済みだ。

　具体的には、被験者は「注意」をすることで視覚のしきい値を意識的に下げて、今まで見えなかったものをよく見えるようにする。また。「注意」することで刺激に対して敏感になり、結果として反応時間が短くなることで、より早く応答できるようになるというわけだ。

　これまで、どういう条件でどれくらいの「注意」によって人間の行動結果が向上するのか、さまざまな方法で検証がなされてきた。その結果、刺激に「注意」を向けている時に、行動結果が向上するとともに神経細胞の活動が増大することが判明したのである。ただし、この時の脳神経活動の定量化や、「注意」と神経活動の変化を意味づけた理論計算の研究はほとんどなかったという具合だ。

　これまで、「注意」のメカニズムを説明する仮説には、「感覚増強説」、「ノイズ減少説」、「効率的選択説」などが挙げられている。いずれも目や耳から入ってくる雑多な情報を脳の感覚野で受け取った後、知覚野で意味のある情報だけを認知するメカニズムの仮説だ。

　感覚増強説とは、感覚野で捉えたすべての情報を知覚野へ受け渡す時、「注意」を向けた刺激に対する感覚野の神経細胞群の反応性を上げることで、意味のある情報を選別しやすくするというもの。

　ノイズ減少説は、刺激を受けた時に起こる脳全体の神経活動(ノイズ)を感覚野で減らした後、すべての情報を知覚野へ受け渡し、意味のある情報を選別しやすくするというものだ。

　そして効率的選択説とは、刺激に対する感覚野の神経細胞群の反応性を上げ、それ以外の刺激に対する反応を遮って知覚野へ受け渡すというものである。

　この3つをそれぞれ例えるなら、騒がしい居酒屋でラジオを聞こうとした時に、ラジオのボリュームを上げて聞こえやすくするのが感覚増強説。ラジオのチューニングを調節して聞こえやすくするのがノイズ減少説。ヘッドフォンでラジオ以外の音を遮ることで聞こえやすくするのが効率的選択説という具合だ。しかし、どの説が有力であるかの実証は、今までなされていなかったのである。

　そこで研究ユニットは、脳の「注意」のメカニズムを解明するため、行動実験中の脳神経活動を測定して定量化し、さらに行動実験と脳神経活動の結果を組み合わせた新しい理論計算によって、「注意」に関する3つの仮説の検証を行った次第だ。

　まず心理物理学的手法を用いて、ヒトが「注意」を集中している時と分散させている時の行動実験を行い、同時に大脳皮質感覚野の脳神経活動を機能的磁気共鳴イメージング(fMRI)法で測定した。

　行動実験では、被験者の「視覚コントラストの差」を見分ける能力を、コントラスト識別課題で測定(画像1)。具体的には、被験者は、スクリーンの四隅にある円の中に白黒の格子模様が入った図形(刺激)を、休憩をはさんで2回提示される。被験者は、刺激1と2を比べて、どちらのターゲット(緑色の矢印が指す図形)のコントラストが高かったかを回答するというものだ。

　画像1。コントラスト識別課題。順序は、以下の1～6の通り。
　1.指示:黒い矢印が指す図形に注意を向ける(1秒)。
　2.刺激1:それぞれ異なるコントラストの格子模様の図形を見る(0.6秒)。
　3.ブランク:休憩(0.2秒)。
　4.刺激2:それぞれ異なるコントラストの格子模様の図形を見る(0.6秒)。
　5.ブランク:休憩(0.4秒)。
　回答:刺激1と2を比べてターゲットのコントラストが高い方を回答する(1.2秒)

　また被験者には、黒い矢印が示す図形に注意する指示を与え、Aの「注意」を集中している場合とBの「注意」が分散している場合において同様な課題を行う。なお、Aの場合において黒い矢印とターゲットは同じ図形を指すが、Bの場合において、あらかじめ被験者にはターゲットがわからない状態である。実験の結果、Aの「注意」が集中している場合と、Bの「注意」が分散している場合とで比べると、Aの方がより微妙なコントラストを判断できることが判明した。

　被験者は、提示された2回の刺激の中の緑色の矢印でマークされたターゲット図形のコントラストの強弱を判断し、コントラストの高い刺激を選択する。被験者がかろうじてコントラストの違いに気づくレベルまで調整することで、視覚刺激の閾値を正確に測定することに成功した。

　また、黒い矢印が指した図形に「注意」を向けるように被験者に指示をして、矢印が1つの場合(「注意」を集中している時)と矢印が4つの場合(「注意」が分散している時)に分けて識別課題を実施。結果、被験者は、わずかなコントラストの差でも認識できるようになるものの、矢印が1つの場合、つまり「注意」を集中している時の方が、より微妙な差でも認識できることが判明したのである。

　この行動実験の間、fMRIを用いて脳神経活動を「後頭葉皮質」(脳の後側にある視覚を処理する部分)の第1次視覚野から第4次視覚野の部分を測定した(画像2a)。格子模様のコントラストが高いほど判別が容易になるが、fMRIで測定した視覚野の神経活動の大きさもそれに比例して増えることが確認された(画像2bの●)。

　行動実験の結果とfMRIによる脳神経活動測定の結果から作られたのが、コントラストの視覚刺激とそれに応じた脳神経活動の関係性を示す「コントラスト応答関数」だ(画像2b実線)。その結果、「注意」を集中している時は、脳神経活動が活発になり、「注意」を分散させると脳神経活動は半分程度に減少することがわかったのである。

　画像2。fMRIで測定した後頭葉皮質とコントラスト応答関数。(a)今回fMRIで測定した後頭葉皮質の第1次視覚野から第4次視覚野の部分(赤色部分)。第1次視覚野から第4次視覚野は、脳の後方に位置する。左側の3つの図は脳を外側から見た図、右側の2つの図は、脳を内側から見た図。(b)コントラスト応答関数。注意を集中している状態のターゲットに対する脳神経活動の反応(赤)は、注意を分散している状態(青)より高い。また注意を集中している状態でもターゲット以外に対する脳神経活動の反応は一番低い(緑)。グラフは第1視覚野のコントラスト応答関数だが、第2～3視覚野も同様な結果だった

　さらに、今まで提唱されてきた3つの「注意」メカニズム仮説の理論モデルを独自に作り、「コントラスト応答関数」に当てはめての検証も実施。すると、効率的選択説の理論モデルが実験データに最も当てはまる結果となった。つまり、「注意」を向けた意味のある刺激に対して感覚野の特定部分の脳神経活動が増大し、そのシグナルだけを選択的に知覚野へ伝え、それ以外の部位からの神経活動は遮る「効率的選択」が主に働いていることが確認されたというわけだ(画像3)。

　画像3。効率的選択による脳の注意のメカニズム。(A)注意をターゲット(右上黄色)に向けて、それ以外の図形(青色)を無視した時、脳神経活動は、後頭葉皮質視覚野のターゲットに対応する場所で増大する。(B)注意を分散した時は、ターゲット(黄色)もターゲット以外(青色)も同程度のシグナルとなり、意味のある情報もそうでないものもすべて知覚野へ受け渡される。そのため、意味のある情報だけを区別することが難しく、行動のパフォーマンスが下がる

　今回の結果は、脳神経科学分野において謎だった「注意」のメカニズムの一端を明らかにし、複雑な脳の高次機能を解く手がかりとなる。つまり、ヒトがどういった仕組みで「注意」をコントロールしているかを探る上でのヒントをえることができたというわけだ。

　研究ユニットは、今後のさらなる研究の進展により、「注意」を利用して伝えたい情報を効率よく伝達する方法を編み出すことができる可能性もあるとしている。また、注意欠陥・多動性障害(ADHD)のような発達・行動障害の原因解明にも貢献することも期待できるとした。

テクトロ、高電圧差動プローブのラインアップを拡充

　

　テクトロニクス社は、高電圧差動プローブの新製品4機種(THDP0100型、THDP0200型、TMDP0200型およびP5202A型)と、既存3機種(P5200A型、P5205A型、P5210A型)の機能アップグレードを発表した。

　これらの高電圧差動プローブは、次世代パワー・デバイスを使用した高効率電源/インバータ評価で直面する測定問題を解決するプロービング・ソリューションという位置づけで、周波数帯域、ノイズ・レベル、ダイナミック・レンジ、およびCMRR(同相ノイズ除去比)を改善し、優れた負荷特性を実現しているという。

　次世代パワー・デバイスを使用した回路の解析は、電気/ハイブリッド自動車、工業用アプリケーション、照明、ソーラー技術、サーバなど、広範囲なアプリケーションにおいて、ますます難しいものとなっているが、こうした高効率パワー・デバイス/回路の解析では、信号の高電圧成分、低電圧成分の両方が効率的に測定できる、次世代のプローブ・ソリューションが必要となる。今回の高電圧差動プローブは、以下の3つの特長でこうした要件に対応可能だ。

高い周波数帯域:新製品であるTHDP0200型およびTMDP0200型は高い周波数帯域を持ったプローブであり、高速のスルーレートを持った信号を取込み、SiCやGaNなどのの設計回路でも正確に測定することが可能である広いダイナミック・レンジと相応の周波数帯域:高い周波数帯域に加え、ダイナミック・レンジも改善しており、高電圧信号とノイズ、リップル成分を1本のプローブで測定することが可能。THDP0100型では、±6000Vの広いダイナミック・レンジによる差動/コモンモード測定仕様がある。小さなプローブ負荷:プローブを回路に接続すると、それによって回路動作に影響を及ぼし、問題を引き起こすことがあるが、新製品のプローブでは、高電圧プローブでありながら高い感度と低容量負荷を実現している。アップグレードされたP5210A型と新製品のTHDP0100型は、共に40MΩという抵抗と2.5pF以下の容量負荷を実現している。

　なお、TMDPシリーズおよびTHDPシリーズは、同社の3.5GHzまでのオシロスコープで標準的に採用されているTekVPI(Tektronix Versatile Probe Interface)で接続されるほか、安全性を高めるためEN61010-031に適合している。

　価格は、P5200A型が10万6000円、P5202A型が15万5000円、P5205A型が15万5000円、P5210A型が30万8000円、THDP0100型が33万8000円、THDP0200型が19万8000円、TMDP0200型が19万8000円(いずれも税別)となっている。

　THDP0200/TMDP0200プローブ

高まる期待に応える太陽光発電の実用的な提案

　

　太陽光発電協会(JPEA)およびSEMI(Semiconductor Equipment and Materials Institute)が主催する太陽光発電に関する総合展示会「PVJapan 2011」が12月5日から7日までの3日間、幕張メッセにて開催された。開催規模は主催者発表で、6カ国・地域から250社/団体が600小間に出展し、入場者数は3日間でのべ5万人が見込まれた。

　今回で4回目となる同展示会は、例年夏場に開催されてきたが、今年は東日本大震災の影響による夏の節電を考慮し延期された。主催者のSEMIが手掛ける半導体製造装置・材料に関する国際展示会「SEMICON Japan 2011」と一部日程を重複させる形で12月の開催となった。なお、SEMIでは次回の開催についても、来年夏の電力不足の懸念があることから、2012年12月3日からの開催を予定している。

　PVJapan 2011 オープニングセレモニー

　PVJapan 2011 会場風景

設置効率向上や高機能化など実用的な提案

　今年のPVJapanは東日本大震災の影響による太陽光発電への関心の高まりや、全量買取制度による市場拡大の期待を受け、より実用的な提案を行う出展社が多かった。住宅向けで設置する屋根に対する意匠性や、発電効率を高める提案が見られた。

　京セラは、住宅向け製品ラインナップとして、住宅用太陽光発電システムの新製品「ECONOROOTS ADOVANCE」を出展した。複雑な形状や限られたスペースの屋根にも無駄なく搭載が可能となっている。また、屋根材一体型の「新型 HEYBAN」を出展した。屋根との一体感を向上させ、デザイン性を追求している。

　さらにメガソーラー向け大型太陽電池モジュールとして、海外向けの325W 高出力多結晶シリコン型太陽電池モジュールを参考出展した。

　京セラの屋根材一体型の「新型 HEYBAN」

　グリーンテックは、屋根材一体型住宅用太陽電池モジュール「XSOL SLIVER」を出展した。従来の太陽電池モジュールが直列接続であるのに対し、XSOL SLIVERはセル・モジュール共に並列接続を採用している。これにより、屋根が影に覆われた場合でも、影に覆われ場部分以外の発電効率が変わらないため、影の影響を受けにくい。

　グリーンテックの屋根材一体型住宅用太陽電池モジュール「XSOL SLIVER」

　GLOBAL SOLARは、フレキシブルCIGS型太陽電池モジュール「PowerFLEX」を出展した。モジュール変換効率は約10%とフレキシブル太陽電池としては高効率を実現しており、軽量性や曲面への設置の容易性を活かした用途の提案を行った。展示品の1つである「遮水シート一体型太陽電池(仮称)」は、土地の形状に追従可能なフレキシブル性を活かした応用例で、法面、盛土などの遊休土地を有効活用する。

　GLOBAL SOLARの「遮水シート一体型太陽電池(仮称)」

　フジプレアムは、超軽量太陽電池モジュール「希(のぞみ) FCTシリーズ」を出展した。軽量化により設置時の負荷を低減する。化学強化ガラス、EVA、バックシートで構成されるモジュールにおいて、化学強化ガラスに従来は薄型テレビなどのディスプレイ用途で使われているガラス材を使用し軽量化を実現した。最大出力215Wの「FCT-215」は、1482×985×35のサイズで重量は従来比1/2となる8.2kg以下となっている。

　フジプレアムの超軽量太陽電池モジュール「希(のぞみ) FCTシリーズ」

次世代以降を睨む先端品の開発も進む

　実用的な提案の一方で、機能をさらに進化させた開発品の参考出展が見られた。

　パナソニックは、両面発電太陽電池モジュール「HIT Double」を参考出展した。表面から入射光で受けるだけでなく、裏面から反射光を受けて、両面で同時に発電することで、標準のHIT太陽電池モジュールに比べて発電量は約25%向上するという。

　 パナソニックの両面発電太陽電池モジュール「HIT Double」

　シャープは観測衛星に搭載されている化合物3接合型太陽電池を出展した。InGaP/GaAs/InGaAsの3つの層の間にあるトンネル接合層の直列抵抗を低減し、変換効率を2009年の35.8%から現在は36.9%に向上している。

　シャープの化合物3接合型太陽電池

　太陽誘電は光ディスク型の色素増感太陽電池を出展した。光ディスクメーカーとしてのノウハウや強みを活かし、光ディスク型の形状で開発を進めている。開発品は、プラスチック基板を使用し、光ディスクと同じ直径120mmで厚さ0.3mmの薄型化および軽量化を実現した他、独自の電極引出構造によりパネル基板への着脱が容易となっている。現状での発電効率は8%で、今後はさらに改善に努めていく。なお、シングルCDで用いられる直径80mmサイズの方が120mmサイズよりも効率は良くなると言う。

　太陽誘電の光ディスク型色素増感太陽電池

蓄電システムが太陽光発電をサポート

　太陽光発電の有効活用および災害時の電源確保に向けた蓄電システムの出展も見られた。

　パナソニックは「公共・産業用リチウムイオン蓄電システム」を出展した。蓄電容量は15kWhで、三相200V/単相100V・200Vのマルチ出力に対応する。太陽電池からの直接充電が可能で、災害時においても継続的に電源を供給できる。2011年12月15日より受注を開始する予定。

　また住宅用には鉛蓄電池を採用した「住宅用蓄電システム」を出展した。蓄電容量は0.96kWhで、停電時に卓上照明・ポータブルテレビ・CDラジオなど合計120Wの電子機器を最大3時間利用可能。2011年12月20日より受注を開始する予定。

　パナソニックの「公共・産業用リチウムイオン蓄電システム」(左)と「住宅用蓄電システム」(右)

　シャープは「業務用バックアップシステム」を出展した。鉛蓄電池を採用し、停電時でも太陽光発電が発電できる状態において太陽光発電システムの自立運転モードと接続することで、電子機器の稼働だけでなく、蓄電池への充電も可能となっている。蓄電容量は2.7KWhで、出力は1.4kW。

　なお、同社では住宅用に「リチウムイオン蓄電池」を参考出展した。業務用がすでに発売を開始しているのに対し、住宅用は商用化の目処は立っていないという。

　シャープの「業務用バックアップシステム」

　シャープの「リチウムイオン蓄電池」

　東芝は、住宅向け蓄電システムを出展した。鉛蓄電池を採用し、蓄電容量は2.1kWhで、3.6kWhおよび5.1kWhには増設バッテリーで対応できるという。太陽電池と組み合わせたシステムとして提案しており、停電時には太陽光発電システムの自立運転機能により蓄電池に充電できる。

　また、自社のリチウムイオン電池「SCiB」を搭載した「無瞬断パワーユニット」も出展。定格出力容量は700Wで、400Wの機器を約3時間連続して使用できる。店舗・オフィスなどにおける停電時の情報機器の継続使用を想定している。

　東芝の「無瞬断パワーユニット」(左)と住宅向け蓄電システム(右)