Fortschritte von Rohm bei Siliziumkarbid-MOSFETs für Elektrofahrzeuge

Rohm hat bedeutende Fortschritte bei SiC-Komponenten für Leistungshalbleiterbauelemente gemacht. Ihr Trench-MOSFET der vierten Generation zeichnet sich durch geringere Energieverluste aus und ermöglicht kleinere Leistungssysteme.

Elektrofahrzeuge können mit 800 V betrieben werden, um eine schnellere Aufladung mit Hochspannung zu ermöglichen, was die Effizienz erhöht und die Reichweite vergrößert.

Typen

Siliciumcarbid, kurz SiC (gemeinhin als Karborund oder Korund bezeichnet), ist eine harte chemische Verbindung aus Silicium und Kohlenstoff, die in Industrieprodukten wie Schleifmitteln und Schneidwerkzeugen, in der Unterhaltungselektronik wie Fernsehbildschirmen, DVD-Playern und Handy-Displays, in Autobremsen und -kupplungen sowie in Keramikplatten für kugelsichere Westen verwendet wird - neben vielen anderen Anwendungen. Siliziumkarbid spielt auch in verschiedenen anderen Industriezweigen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Energiewirtschaft eine wichtige Rolle.

ROHM hat eine Reihe von SiC-Leistungsbauelementen, wie z. B. MOSFETs, eingeführt, die höhere Betriebstemperaturen und geringere Verluste als Standard-Silizium-Leistungstransistoren aufweisen - Eigenschaften, die sie zu einer ausgezeichneten Lösung für Anwendungen machen, die hohe Schaltgeschwindigkeiten erfordern, wie z. B. Wechselrichter für Elektrofahrzeuge.

ROHM SiC-Leistungshalbleiter eignen sich aufgrund ihrer überragenden Leistung und Langlebigkeit hervorragend für diese Aufgabe - dies macht ROHM SiC-Leistungshalbleiter zu einer der wichtigsten Komponenten in jedem Elektrofahrzeug (EV).

SiC-Feldeffekttransistoren (FETs) bieten gegenüber ihren Silizium-Gegenstücken mehrere deutliche Vorteile in Bezug auf die Anstiegsspannung und die Temperaturabhängigkeit, wodurch sie sich perfekt für schnelle Schaltanwendungen bei höheren Geschwindigkeiten eignen. Darüber hinaus können sie aufgrund ihrer Fähigkeit, ein thermisches Durchgehen zu verhindern, sogar bei extrem hohen Temperaturen sicher betrieben werden - ein Umstand, der die Herstellung zahlreicher fortschrittlicher Elektronikprodukte ermöglicht und gleichzeitig die Energieeffizienz, die Größe und das Gewicht vieler Geräte reduziert hat.

Anwendungen

Die große Energiebandlücke von Siliziumkarbid macht es zu einem ausgezeichneten Halbleitermaterial für Anwendungen in der Leistungselektronik, wie z. B. Wechselrichter in Elektrofahrzeugen (EVs). Dank ihrer Effizienz können die Fahrer von Elektrofahrzeugen die Reichweite erhöhen und gleichzeitig die Batterien kleiner halten - vor allem dank der im Vergleich zu Siliziummodellen deutlich geringeren Umwandlungsverluste bei höheren Spannungen von 800 V oder mehr.

Die geringe Wärmeausdehnung, die Steifigkeit und die elektrische Leitfähigkeit von Siliziumkarbid machen es zu einem nützlichen Material für verschiedene andere Zwecke. So werden seine Spiegel in vielen astronomischen Teleskopen wie dem Herschel-Weltraumteleskop und dem Gaia-Weltraumobservatorium verwendet. Auch in einigen Fusionsreaktoren kommt es zum Einsatz, da es sehr hohen Temperaturen und Strahlungsbelastungen standhalten kann.

ROHM hat bereits eine Reihe von SiC-MOSFETs speziell für 1500-V-Gleichstromsysteme entwickelt, die in PV-Wechselrichtern, USV-Einheiten und anderen industriellen Anwendungen eingesetzt werden, sowohl diskret als auch als Nacktchips für Modulhersteller. ROHM ist auch in den Automobilmarkt eingestiegen, indem es 2kV-SiC-SBDs anbietet, die als PFC-Abschnitte von Onboard-Ladegeräten und Wechselrichtern verwendet werden, um die Reichweite zu erhöhen und gleichzeitig die Batteriegröße zu verringern; ihr Bauelement bietet einen branchenführenden niedrigen Durchlasswiderstand sowie eine Kurzschlussfestigkeit, die für die Erhöhung der Reichweite bei gleichzeitiger Verringerung der Batteriegröße bei Elektrofahrzeugen entscheidend ist.

Leistung

Die breite Energiebandlücke von Siliziumkarbid trägt zur Verringerung der Umwandlungsverluste in elektrischen Antriebssystemen bei, wodurch sich der Wirkungsgrad der Batterie und die Reichweite erhöhen. Darüber hinaus bieten Hochleistungs-SiC-Leistungsbauelemente eine wesentlich bessere Leistung als herkömmliche Silizium-IGBTs, die in Ladegeräten und Motorwechselrichtern für Elektrofahrzeuge eingesetzt werden.

ROHM konnte eine rasche Akzeptanz seiner SiC-MOSFETs der 4. Generation mit 750 V und 1200 V in Wechselrichtern für Elektrofahrzeuge verzeichnen, und zwar dank ihres branchenführenden niedrigen Durchlasswiderstands pro Flächeneinheit ohne Beeinträchtigung der Kurzschlussfestigkeit sowie der geringeren parasitären Kapazität, die die Schaltleistung für kleinere Wechselrichter verbessert.

Diese Leistungsbauelemente verfügen über einen größeren Betriebstemperaturbereich als Siliziumkomponenten, so dass sie bei höheren Temperaturen arbeiten können, ohne dass die Zuverlässigkeit oder Leistung beeinträchtigt wird. Damit sind sie eine ideale Lösung für Leistungselektronik-Anwendungen, die einen erweiterten Temperaturbereich erfordern.

Rohm hat ein umfassendes Angebot an leistungseffizienten Halbleitern und Schottky-Barriere-Dioden aus SiC für Hochgeschwindigkeits-Schaltanwendungen entwickelt. Diese Dioden sind in verschiedenen Gehäusen erhältlich, um die spezifischen Anforderungen an die Strom- und Verlustleistung zu erfüllen.

Durch die Kombination von Geräte-/Steuerungs- und Modultechnologien ist ROHM in der Lage, optimale Leistungslösungen für verschiedene Anwendungen anzubieten. Rohm hat vor kurzem mit Valeo bei der Entwicklung des TRCDRIVE-Packs(tm) zusammengearbeitet, das speziell für Wechselrichter von Elektrofahrzeugen entwickelt wurde; durch diese Partnerschaft soll der Absatz von Leistungshalbleitern für Wechselrichter von Elektrofahrzeugen gesteigert werden.

Sicherheit

Siliziumkarbid-Chips können bei höheren Temperaturen, Spannungen und Frequenzen als ihre Silizium-Gegenstücke arbeiten, um Leistungsverluste zu minimieren, und eignen sich daher hervorragend für Wechselrichter, Umrichter und On-Board-Ladegeräte in Elektrofahrzeugen. Ihr geringerer Energieverbrauch trägt dazu bei, die Reichweite pro Batterieladung zu erhöhen und die Batteriemanagementsysteme insgesamt zu verbessern.

ROHM hat vor kurzem eine Presseerklärung herausgegeben, in der sie erklären, dass ihre neuen Gen 4-Produkte entwickelt wurden, um die Hochgeschwindigkeits-Schaltanforderungen von Leistungselektronik wie Wechselrichtern und bidirektionalen Ladegeräten für Elektrofahrzeuge zu erfüllen. Ihre überragenden Durchbruchspannungswerte können mehr als doppelt so viel Strom aufnehmen, während sie 50% geringere Schaltverluste und 40% geringeren Durchlasswiderstand pro Flächeneinheit bieten, ohne die Kurzschlussfestigkeit zu beeinträchtigen.

Diese hocheffizienten MOSFETs zeichnen sich durch eine niedrige Schwellenspannung aus, die es ihnen ermöglicht, bei höheren Temperaturen zu arbeiten, ohne dass Kühlsysteme zur Ableitung überschüssiger Wärme erforderlich sind, was zu einer weiteren Verringerung der Energieverluste bei gleichzeitiger Verbesserung des Wirkungsgrads beiträgt und sich für kleinere Geräte als herkömmliche Siliziumchips eignet.

Es ist kein einzelner Wafer erforderlich, um Hochleistungsanwendungen zu realisieren. Darüber hinaus umfasst ihr Herstellungsprozess 100% grüne Technologien - darunter Fabrikautomatisierung und Systeme für erneuerbare Energien -, die die Umwelt weniger belasten als herkömmliche Halbleiter.