MOSFET Trench-teknik för elbilar med kiselkarbid och Infineon

När det globala fokuset skiftar mot elektromobilitet har kiselkarbidbaserade krafthalvledare sett en robust efterfrågan. Infineon tillhandahåller effektiv, robust och tillförlitlig CoolSiC MOSFET trench-teknik för användning i en mängd olika EV-applikationer.

CoolSiC XHP 2-moduler gör det möjligt för servodrivenheter att uppnå upp till 80% lägre förluster samtidigt som de erbjuder 10x ökad tillförlitlighet mot termomekanisk stress.

Förbättrad effekttäthet

Kiselkarbid har ett bredare bandgap än kisel, vilket gör det möjligt för konstruktörer att utnyttja dess fördelar för effekthalvledare. Det större nedbrytningsfältet möjliggör tunnare aktiva lager - vilket minskar storleken och ökar effekttätheten i enheterna - samt utmärkt värmeledningsförmåga som bidrar till lägre switchförluster och bättre värmeavledning.

Högspänningsapplikationer som solenergi, energilagring och laddningsstationer för elfordon kan dra stor nytta av mindre och lättare utrustning som ökar systemeffektiviteten samtidigt som kapital-, installations- och underhållskostnaderna minskar. Detta är en av de stora fördelarna med modern kraftelektronik.

Infineons CoolSiC MOSFET-familj har maximala DC-länkspänningar på 2000 V i TO-247PLUS-4-HCC och högre switchfrekvenser än motsvarande kiselprodukter, vilket möjliggör högre DC-länkspänningar och snabbare switchfrekvenser än motsvarande kiselprodukter och en betydande minskning av switchförluster och parasiteffekter. Dessutom kan konstruktörerna bygga in frihjulsdioder och helt undvika spänningsspikar i grindstyrningen.

Kiselkarbid erbjuder många miljöfördelar och produktionen släpper ut mindre koldioxid än traditionella kiselskivor, och den kan tillverkas med hjälp av energibesparande processer vid Infineons 200 mm fabrik Kulim 3 i Malaysia som drivs med 100 procent grön el - vilket innebär att dess innovativa teknik kan stödja kunder som vill sträva efter koldioxidneutralitet.

Ökad effektivitet

Halvledare av kiselkarbid (SiC) växlar elektricitet ännu effektivare än kiselkomponenter och används i allt högre grad i högspänningsapplikationer som elfordon med 800 V-batterisystem, snabbladdningsstationer och tåg, system för förnybar energi och AI-datacenter. De mindre konstruktionerna ger högre effekttäthet och lägre systemkostnader - viktiga faktorer när man överväger applikationer med hög effekttäthet som AI-datacenter och lösningar för förnybar energi.

SiC är nyckeln till denna förbättring på grund av dess mycket högre spänningstålighet än kisel, som normalt klarar 600 V innan det går sönder. Kiselkarbidens genombrottsspänning kan nå fem- till tiofaldigt högre nivåer, vilket gör att tillverkarna kan använda tunnare styrkretsar som väger mindre och alstrar mindre värme.

Kiselkarbid (SiC) är mer motståndskraftigt och långlivat än kisel, vilket innebär att det kräver mindre underhåll och reparationer över tid. I kombination med lägre driftstemperaturer och energibesparingar väljs SiC ofta som ett alternativ för kraftelektronikapplikationer som kräver 650 V eller högre utspänning.

Infineon och SCHWEIZER har gått samman för att öka effektiviteten hos SiC-chip i kraftelektronik. Deras revolutionerande p2Pack-teknik möjliggör direkt inbyggnad av Infineons 1200 V CoolSiC-chip på kretskort, vilket ökar prestandan med upp till 35%.

Infineon har tillverkat CoolSiC-chip i över 20 år. Genom en expansiv global inköpsstrategi anpassar sig Infineon snabbt till marknadsdynamik och kundkrav, vilket säkerställer oavbruten produktion samtidigt som man skyddar sig mot störningar i leveranskedjan.

Lägre bullernivåer

Kiselkarbidens låga switchförluster gör att en mindre effekthalvledare kan användas, vilket minskar bullernivåerna i många applikationer, inklusive järnvägsteknik där frekvent acceleration och inbromsning måste ske i höga hastigheter. Kiselkarbid är också användbart i elfordon där dess högre verkningsgrad och minskade effektförluster innebär längre körsträckor på en enda laddning.

Infineon har demonstrerat fördelarna med kiselkarbid inom dessa områden med sina CoolSiC MOSFET G2 trenchtransistorer och IC-kretsar, som ger bättre prestanda i hårda och resonanta kopplingstopologier, vilket leder till betydande energieffektivitetsökningar inom applikationer som solcellsväxelriktare, lagringssystem, laddningsstationer för elbilar, strömförsörjning, motordrifter och industrimaskiner.

CoolSiC 650 V och 1200 V MOSFET:er från Infineon förbrukar mindre energi samtidigt som de producerar samma effekt, utan att kompromissa med kvalitet eller tillförlitlighet - vilket bidrar till att uppnå de globala klimatmålen och främjar arbetet med att minska koldioxidutsläppen. Denna lägre energiförbrukning i systemet spelar en avgörande roll för att uppnå dessa mål och främja initiativ för minskade koldioxidutsläpp.

CoolSiC MOSFET och IC-produkter från Infineon har redan hittat sin väg in i kraftomvandlare för elfordon, till exempel Xiaomis HybridPACK Drive-omvandlare för elfordonet SU7. Siemens Mobility använder Infineon CoolSiC MOSFETs i Münchens Avenio-spårvagnsflotta som en del av en intensiv ettårig testfas för att bevisa hur effektivt dessa innovativa halvledare förbättrar effektiviteten samtidigt som de minskar motorljudet - vilket i slutändan leder till längre körsträckor och ökade körsträckor!

Lägre vikt

Kiselkarbid, även kallad korund eller karborundum, är en hård kemisk förening bestående av kisel- och kolatomer som förekommer naturligt som mineralet moissanit i naturen, men som sedan 1893 massproduceras som pulver eller kristall för användning som slipmedel. Sedan 1893 har det också slipats till ädelstenar eller slipats till mycket hård keramik som används i skottsäkra västar och bilbromsar - med energitillämpningar som ger större effektivitet med mindre storlek, vikt och kostnad för användning än vad konventionellt kisel skulle tillåta.

Energieffektiviteten kan förbättras genom användning av material med brett bandgap som kiselkarbid (SiC) och galliumnitrid (GaN), effekthalvledare som övervinner de begränsningar som traditionella kiselkomponenter har när det gäller driftspänning, ström, kopplingshastighet och värmeavledning.

Som den första kommersiella SiC-leverantören erbjuder Infineon en oöverträffad nivå av erfarenhet av komponenter och designflexibilitet för högeffektskonstruktioner. Deras CoolSiC MOSFET trench och GaN effekttransistorer kan kombineras med deras högspännings Schottky-dioder för att ge en optimal balans mellan prestanda, tillförlitlighet, storlek och kostnader för optimala designresultat.

SiC-enheter har många användningsområden inom laddning av elfordon, solcellsväxelriktare, servodrifter och järnvägsapplikationer. En 3300 V CoolSiC XHP2-modulfamilj ger betydligt bättre strömcykelprestanda och tillförlitlighet jämfört med konventionella kiselmoduler i sitt paket, vilket möjliggör längre räckvidd eller minskad batteristorlek för elbilar med motsvarande räckvidd.