Die STPower-Siliziumkarbid-MOSFET-Technologie von STMicroelectronics setzt neue Ma\u00dfst\u00e4be in Sachen Energieeffizienz, Leistungsdichte und Robustheit \u2013 insbesondere bei Traktionswechselrichtern f\u00fcr Elektrobusse.<\/p>\n
Die Yole Group, ein Anbieter von Markt-, Technologie-, Entwicklungs- und Leistungsanalysen, und SERMA Technologies, ein Experte f\u00fcr Elektronikpr\u00fcfungen, haben sich zusammengeschlossen, um f\u00fcnf diskrete SiC-MOSFETs der 1200-V-Klasse der Hersteller Wolfspeed, ROHM, Infineon, STMicroelectronics und Anbonsemi unter identischen Testbedingungen zu analysieren und zu vergleichen.<\/p>\n
ST ist weltweit f\u00fchrend bei Leistungs-MOSFETs aus Siliziumkarbid (SiC) und treibt die Innovation in diesem Bereich weiter voran, indem das Unternehmen die im Vergleich zu Siliziumbauelementen \u00fcberlegene Effizienz und h\u00f6here Leistungsdichte dieser Bauelemente nutzt. Die neueste Generation dieser Bauelemente wurde speziell f\u00fcr den Einsatz in zuk\u00fcnftigen Antriebswechselrichter-Plattformen f\u00fcr Elektrofahrzeuge entwickelt, um eine weitere Verkleinerung und ein noch gr\u00f6\u00dferes Energiesparpotenzial zu erm\u00f6glichen.<\/p>\n
Diese SiC-MOSFETs der n\u00e4chsten Generation wurden speziell entwickelt, um auf einer kleineren Chipfl\u00e4che einen deutlich geringeren Durchlasswiderstand (RDS(on)) pro Fl\u00e4che zu erzielen, was kompaktere Designs mit einer geringeren Bauteilanzahl und geringeren Kosten erm\u00f6glicht.<\/p>\n
Ein niedrigerer RDS(on)-Wert pro Fl\u00e4che im eingeschalteten Zustand erm\u00f6glicht es Entwicklern, energieeffizientere und kompaktere Systeme f\u00fcr Elektrofahrzeuge zu entwickeln, die eine gr\u00f6\u00dfere Reichweite, schnellere Ladezeiten und einen geringeren Energieverbrauch bieten. Dar\u00fcber hinaus f\u00fchrt ein niedrigerer RDS(on)-Wert pro Fl\u00e4che zu geringeren parasit\u00e4ren Kapazit\u00e4ten, was ebenfalls zu einer h\u00f6heren Energieeffizienz sowie zu einer kompakteren Bauweise des Systems beitr\u00e4gt.<\/p>\n
Die Lawinenfestigkeit von SiC-MOSFETs h\u00e4ngt von der maximalen Gate-Ansteuerspannung und der Gleichstrom-Bus-Spannung ab, doch unterscheidet sich der Mechanismus der Belastungsverschlei\u00dfentwicklung erheblich vom Kurzschlussausfallmechanismus bei IGBTs; daher ist es f\u00fcr die Erstellung zuverl\u00e4ssiger Modelle unerl\u00e4sslich, die zugrunde liegenden Ph\u00e4nomene zu verstehen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Vth und Rds(on) nach wiederholter Lawinenbelastung allm\u00e4hlich abnehmen, w\u00e4hrend parasit\u00e4re Kapazit\u00e4ten wie Ciss, Coss und Crss bei wiederholter \u00dcberbeanspruchung zunehmen.<\/p>\n
ST-MOSFETs erm\u00f6glichen effizientere Designs in Anwendungen mit hohem Leistungsbedarf, wie beispielsweise Ladeger\u00e4te f\u00fcr Elektrofahrzeuge, Server-Netzteile und Energiesysteme. Ihre h\u00f6heren Schaltfrequenzen und geringeren parasit\u00e4ren Effekte wie elektromagnetische St\u00f6rungen (EMI) tragen dazu bei, die Leistung und Zuverl\u00e4ssigkeit der Schaltungen zu steigern \u2013 dank eines deutlich geringeren Durchlasswiderstands pro Fl\u00e4che und besserer W\u00e4rmemanagement-Eigenschaften im Vergleich zu herk\u00f6mmlichen Silizium-Leistungs-MOSFETs.<\/p>\n
Die STPOWER-MOSFET-Technologie der vierten Generation von STMicroelectronics auf Siliziumkarbid (SiC)-Basis, \u2019Generation 4\u201c, setzt neue Ma\u00dfst\u00e4be in Sachen Energieeffizienz und Leistungsdichte. Sie ist speziell auf den Einsatz in Traktionswechselrichtern \u2013 Schl\u00fcsselkomponenten in Antriebsstr\u00e4ngen von Elektrofahrzeugen \u2013 zugeschnitten und bietet kosteng\u00fcnstigere Ladeleistung sowie h\u00f6here Geschwindigkeiten f\u00fcr Premium-Modelle von Elektrofahrzeugen.<\/p>\n
SiC-MOSFETs mit Nennspannungen von 650 und 1200 V zeichnen sich durch eines der niedrigsten RDS(on)-x-Fl\u00e4chen-Verh\u00e4ltnisse und Schaltverluste auf dem Markt aus. Dies erm\u00f6glicht kompaktere, effizientere und kosteng\u00fcnstigere Leistungswandler-Designs \u2013 mit h\u00f6herer Energieeffizienz, geringeren Gesamtsystemkosten und verbesserter Zuverl\u00e4ssigkeit.<\/p>\n
Diese Bauelemente verf\u00fcgen \u00fcber einen Nullspannungsschalter (ZVS), der einen zuverl\u00e4ssigen Betrieb ohne negative Vorspannung erm\u00f6glicht \u2013 wodurch kostspielige Gate-Treiberschaltungen entfallen und Einsparungen bei der Energieeffizienz und Leistungsdichte erzielt werden. Dar\u00fcber hinaus steigern ihr geringerer Durchlasswiderstand und ihre schnelle Schaltgeschwindigkeit die Energieeffizienz und Leistungsdichte zus\u00e4tzlich. Au\u00dferdem gibt ihr 7-j\u00e4hriges Produktlebenszyklusprogramm Entwicklern die Gewissheit, dass diese langlebigen Bauelemente verf\u00fcgbare und kosteng\u00fcnstige L\u00f6sungen darstellen.<\/p>\n
STPOWER-Siliziumkarbid-MOSFETs bieten herausragende Effizienz, Zuverl\u00e4ssigkeit und Robustheit in Stromrichtern f\u00fcr Elektrofahrzeuge und anderen Anwendungen, die eine hohe Energieeffizienz, Leistungsdichte, schnelle Schaltzeiten oder Energieeinsparung erfordern. Erh\u00e4ltlich in verschiedenen hochmodernen Geh\u00e4usen wie HiP247, H2PAK-7 (TO-247 mit langen Anschl\u00fcssen) sowie TO-PAK- und STPAK-Geh\u00e4usen sind diese Bauelemente die perfekte Erg\u00e4nzung f\u00fcr Wechselrichter oder hocheffiziente Stromversorgungen.<\/p>\n
Obwohl SiC-MOSFETs gegen\u00fcber Si-Leistungsbauelementen eine vorteilhafte Nennspannung von 650 V aufweisen, stellen sie in bestimmten Anwendungen der Leistungsumwandlung nach wie vor eine Herausforderung dar. Die Verschlechterung des Gate-Oxids verst\u00e4rkt den Verschlei\u00df unter bestimmten extremen Belastungen wie Kurzschluss- (SC) oder Lawinenbelastungen und muss sorgf\u00e4ltig ber\u00fccksichtigt werden, um den Verschlei\u00df der Bauelemente zu minimieren.<\/p>\n
STMicroelectronics hat Ma\u00dfnahmen ergriffen, um diese Einschr\u00e4nkungen zu \u00fcberwinden, indem das Unternehmen die Leistung und Zuverl\u00e4ssigkeit seiner 650-V-SiC-MOSFETs der dritten Generation gesteigert hat. Ihr fortschrittlichstes Bauelement, ein 2-kV-4H-SiC-MOSFET, zeichnet sich durch eine erstaunlich lange Lebensdauer aus, die unter hohen PCT-Belastungsbedingungen die jedes herk\u00f6mmlichen IGBT \u00fcbertrifft. Dank eines reduzierten Zellabstands und einer m\u00f6glichen Optimierung der Dotierungsverteilung im Driftbereich erreicht diese Generation zudem einen niedrigeren RDS(on). Dieses Bauelement zeigt au\u00dferdem eine au\u00dfergew\u00f6hnliche Zuverl\u00e4ssigkeit bei DRB-Tests (Dynamic Reverse Bias) und \u00fcbertrifft damit die Automobilnorm AQG324. Dieser erste Band der Reihe \u201eDiscretes Performance Comparison Analysis 2024\u201c vergleicht f\u00fcnf diskrete SiC-MOSFETs der 1200-V-Klasse von globalen Anbietern sowie einen Si-IGBT unter identischen Testbedingungen.<\/p>\n
Halbleiter mit gro\u00dfer Bandl\u00fccke eignen sich ideal f\u00fcr Anwendungen in der Leistungselektronik, da sie eine gr\u00f6\u00dfere Bandl\u00fccke aufweisen und bei h\u00f6heren Temperaturen betrieben werden k\u00f6nnen, w\u00e4hrend sie gleichzeitig die Leistungsverluste im Vergleich zu Halbleitermaterialien der ersten Generation wie Silizium reduzieren. Dar\u00fcber hinaus zeichnen sich Halbleiter mit gro\u00dfer Bandl\u00fccke durch eine h\u00f6here Elektronenbeweglichkeit aus, wodurch Ansteuerschaltungen mit h\u00f6heren Schaltfrequenzen betrieben werden k\u00f6nnen, was zu energieeffizienteren und kompakteren Systemen f\u00fchrt.<\/p>\n
Steigende Anforderungen an die Energieeffizienz haben Forscher dazu veranlasst, nach neuen Materialien f\u00fcr Leistungshalbleiter zu forschen, wobei Silizium zwei Alternativen weichen musste \u2013 Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) gelten als vorteilhaftere Optionen, insbesondere f\u00fcr den Einsatz in Hochspannungsanwendungen. Silizium galt einst als dominierender Anw\u00e4rter, ist jedoch in j\u00fcngster Zeit als L\u00f6sung f\u00fcr Leistungshalbleiter diesen beiden Alternativen gewichen.<\/p>\n
Siliziumkarbid (SiC) und GaN weisen gr\u00f6\u00dfere Bandl\u00fccken auf als Halbleitermaterialien der ersten Generation und erm\u00f6glichen dadurch h\u00f6here Betriebsspannungen, niedrigere Temperatureinstellungen und geringere Energieverluste. Dar\u00fcber hinaus sind SiC-\/GaN-Bauteile kleiner und leichter als ihre Silizium-Pendants, wodurch die Baugr\u00f6\u00dfe und die Kosten der Komponenten reduziert und gleichzeitig die Systemleistung gesteigert werden.<\/p>\n
STMicroelectronics hat k\u00fcrzlich seinen 650-V-SiC-MOSFET der dritten Generation vorgestellt, der auf dem branchenweit anerkannten Leistungsindex (Figure of Merit, FoM) basiert. Laut STMicroelectronics bietet das Bauteil hervorragende RDS(on)-Werte und weist dank eines reduzierten Gate-Array-Abstands im 20%-Design sowie einer optimierten Dotierungsverteilung im Driftbereich einen h\u00f6heren Qualit\u00e4tsfaktor auf als f\u00fchrende Wettbewerber. Dank dieser hohen Leistungsstandards k\u00f6nnen Entwickler nun auf der Grundlage dieser Parameter Stromversorgungen entwerfen, die f\u00fcr Wechselrichter f\u00fcr erneuerbare Energien, Batterieladeger\u00e4te oder Elektrofahrzeuge geeignet sind.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
STMicroelectronics’ STPower silicon carbide MOSFET technology sets new benchmarks in power efficiency, density and robustness – particularly within EV bus traction inverters. Yole Group, a market, technology, engineering, and performance analysis provider, and SERMA Technologies, an electronics testing expert, have joined forces to analyze and compare five 1200 V-class discrete SiC MOSFET devices manufactured by… Weiterlesen \u00bbST SiC-Mosfet setzt neue Ma\u00dfst\u00e4be bei EV-Traktionswechselrichtern<\/span><\/a><\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"neve_meta_sidebar":"","neve_meta_container":"","neve_meta_enable_content_width":"","neve_meta_content_width":0,"neve_meta_title_alignment":"","neve_meta_author_avatar":"","neve_post_elements_order":"","neve_meta_disable_header":"","neve_meta_disable_footer":"","neve_meta_disable_title":"","footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-180","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-uncategorized"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/180","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=180"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/180\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":181,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/180\/revisions\/181"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=180"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=180"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/siliconcarbideplate.net\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=180"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}