Siliziumkarbid-Leistungsmosfet

Halbleiter aus Siliziumkarbid (SiC) bieten Entwicklern von Wechselrichtern neue Möglichkeiten, da sie einen geringeren Widerstand als herkömmliche Leistungs-MOSFETs auf Si-Basis und höhere Betriebstemperaturen aufweisen, was zu einer verbesserten Systemeffizienz führt.

Diese Module eignen sich perfekt für harte und resonante Schalttopologien und können mit benutzerfreundlichen Treibern wie den CoolSiCTM HEXFETs von Infineon einfach angesteuert werden - sie zeichnen sich außerdem durch schnellere Schaltgeschwindigkeiten und eine zuverlässigere Leistung aus.

Hohe Schaltfrequenz

Siliziumkarbid-Mosfets können mit höheren Schaltfrequenzen arbeiten als ihre Silizium-Gegenstücke, was eine effizientere Leistungsumwandlung und ein schnelleres Schalten, eine geringere parasitäre Induktivität und geringere Schaltverluste ermöglicht. Leider führt die höhere Schaltfrequenz jedoch zu zusätzlichen Nebenwirkungen, die bei der Entwicklung von Stromversorgungen berücksichtigt werden müssen, wie z. B. elektromagnetische Störungen (EMI) und Überspannungen.

Siliziumkarbid-MOSFETs weisen auch wesentlich geringere Leitungs- und Schaltverluste auf, so dass die Entwickler mit ihren Designs eine höhere Energieeffizienz und Leistungsdichte sowie kleinere induktive und kapazitive Komponenten erreichen können, was zu einer Kostensenkung beitragen kann.

Siliziumkarbid-MOSFETs zeichnen sich durch hohe Schaltfrequenzen aus, die es ihnen ermöglichen, den Strom Hunderte von Malen pro Sekunde zu schalten, was zu geringeren Schaltverlusten und höherer Effizienz führt, was wiederum zu kompakteren Schaltungen führt, die Systemen zugute kommen, die eine leistungsstarke Energieumwandlung benötigen, wie z. B. Server oder Rechenzentren. Diese Eigenschaft kann zu erheblichen Kosteneinsparungen führen.

SiC-MOSFETs zeichnen sich durch hervorragende Zuverlässigkeit und Langlebigkeit aus und sind damit die ideale Lösung für Stromverteilungsanwendungen. Diese Bauelemente können in DC/DC-Wandlern, On-Board-Ladegeräten, unterbrechungsfreien Stromversorgungen und PV-Wechselrichtern eingesetzt werden. Es sind sowohl gehäuste als auch Bare-Die-Versionen erhältlich - diese Chips können Spannungen von bis zu 1.200 V standhalten, so dass sie für Hochleistungsanwendungen wie das On-Board-Laden in Hybrid-Elektrofahrzeugen geeignet sind.

Niedriger Einschaltwiderstand

Leistungs-MOSFETs aus Siliziumkarbid (oder SiC-FETs), besser bekannt unter dem Kürzel SiC-MOSFETs oder FETs, bieten zahlreiche Vorteile gegenüber ihren Silizium-Pendants. Zunächst einmal weisen diese Halbleiterbauelemente eine höhere Sperrspannung und niedrigere Durchlasswiderstände auf - Eigenschaften, die sie aufgrund der geringeren Verluste besonders für Schaltnetzteile und Spannungswandler geeignet machen.

Siliziumkarbid-MOSFETs haben auch den Vorteil, dass sie bei hohen Temperaturen arbeiten können, wodurch sie sich für Anwendungen eignen, bei denen herkömmliche Leistungshalbleiter-Bauelemente unter Stress oder Transienten einen Leistungsabfall erleiden würden, wodurch sie sich für Stromversorgungssysteme eignen, bei denen Temperaturextreme an der Tagesordnung sind.

Ein niedriger Durchlasswiderstand ist ein wichtiger Leistungsparameter von Leistungs-MOSFETs und erfordert die Koordinierung zahlreicher Faktoren, um ihn zu erreichen. Stellen Sie zunächst sicher, dass Ihr MOSFET nicht übersteuert wird; begrenzen Sie dazu den Eingangsstrom und die Gate-Ansteuerungsleistung auf ein akzeptables Niveau; reduzieren Sie als Nächstes die Schaltverluste, indem Sie den Durchlasswiderstand verringern und die Ebenheit erhöhen; reduzieren Sie schließlich die Schaltverluste, indem Sie den Durchlasswiderstand und die Ebenheit des Durchlasswiderstands verringern.

UnitedSiC hat einen SiC-MOSFET mit ultraniedrigem On-Widerstand entwickelt, der diese Fähigkeit in einem Trench-Design bietet: 1200 V, 8,6 MO und 30 A in seinem TO247-4L-Gehäuse (UF3SC120009) mit 0,75 V Drain-Source-Spannung und einem Drain-Strom von 30 A. Er zeichnet sich durch eine hohe Sperrspannung sowie einen niedrigen spezifischen On-Widerstand aus.

Hohe Effizienz

Siliziumkarbid-MOSFETs bieten im Vergleich zu herkömmlichen IGBT-Produkten einen überragenden Wirkungsgrad bei höheren Schaltfrequenzen und niedrigeren Betriebstemperaturen. Dadurch eignen sie sich perfekt für Ladegeräte für Elektrofahrzeuge, USV-Systeme und Wechselrichter für Solarmodule, da sie Transienten standhalten und gleichzeitig nur minimale Wärmeemissionen erzeugen - dies ermöglicht höhere Ausgangsspannungen und spart dem Endverbraucher gleichzeitig Energiekosten.

MOSFETs weisen auch bei höheren Temperaturen einen niedrigeren RDS(on) auf als IGBTs, was erhebliche Vorteile bei der Leistungsdichte bietet. MOSFETs können die Größe von Bauteilen verringern und ermöglichen leichtere Geräte, wodurch die Gesamtsystemkosten gesenkt werden. Außerdem sind sie aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit umweltfreundlicher als herkömmliche Halbleiter.

SiC-Leistungs-MOSFETs sind wesentlich robuster als IGBTs und können höheren Spannungen und Strömen standhalten, ohne während ihrer langen Lebensdauer Schaden zu nehmen. Dadurch können Entwickler eine höhere Energiedichte erreichen und gleichzeitig die Leistungsanforderungen von Ladegeräten für Elektrofahrzeuge, Photovoltaik-Wechselrichtern, USV-Systemen und Motorantrieben erfüllen.

SiC-Leistungs-MOSFETs haben sich schnell als Marktführer in der Leistungselektronik etabliert. Um der steigenden Nachfrage gerecht zu werden, entwickelt ST mehrere technologische Innovationen, darunter ein verbessertes planares Design, das einen geringeren Einschaltwiderstand RDS(on) verspricht. Diese Innovation wird es den Herstellern ermöglichen, energieeffizientere Systeme zu entwickeln, die für den Einsatz in mittelgroßen und kompakten Elektrofahrzeugen geeignet sind.

Hohe Zuverlässigkeit

Siliziumkarbid (SiC) ist ein außergewöhnlich hartes und robustes Material, das in Leistungshalbleiterbauelementen, insbesondere in MOSFETs aus SiC, eine verbesserte Leistung bietet. SiC-MOSFETs können sich als besonders hilfreich erweisen, wenn sie in Hochspannungsschaltungen der Leistungselektronik eingesetzt werden.

SiC-MOSFETs weisen im Vergleich zu ihren Silizium-Pendants einen geringeren Durchlasswiderstand auf, was zu geringeren Schaltverlusten und größerer Temperaturtoleranz führt - Qualitäten, die sie besonders für unterbrechungsfreie Stromversorgungen und andere kritische Systeme geeignet machen, die eine langfristige Zuverlässigkeit erfordern.

SiC-MOSFETs sind für ihre überragende elektrische Feldstärke bekannt, die es ihnen ermöglicht, bei höheren Spannungen als Silizium-Bauelemente zu arbeiten und die Systemkosten zu senken, da kleinere induktive und kapazitive Komponenten verwendet werden können, während gleichzeitig die Effizienz steigt, da die Schaltgeschwindigkeit erhöht werden kann. Dies trägt auch zu höheren Schaltgeschwindigkeiten bei, was insgesamt zu größeren Energieeinsparungen führt.

SiC-Leistungs-MOSFETs haben sich jedoch aufgrund einer Reihe von Problemen wie Zuverlässigkeit, parametrische Stabilität und Lebensdauer noch nicht durchgesetzt. Um dieser Herausforderung zu begegnen, haben die Hersteller innovative Konstruktionen entwickelt, die es ihnen ermöglichen, alle mit SiC-MOSFETs verbundenen Vorteile zu nutzen, ohne Kompromisse bei der Leistung einzugehen. So werden beispielsweise Schottky-Barriere-Dioden in MOSFET-Strukturen eingebettet, um Body-Dioden zu deaktivieren; diese Bauelemente verringern den On-Widerstand von SiC-MOSFETs erheblich und verbessern die Zuverlässigkeit bei Hochspannungsanwendungen.