Siliziumkarbid 1700-V-SiC-Devices: über das Datenblatt hinaus zuverlässig

Redakteur: Gerd Kucera

E-Ladesysteme für Nutzfahrzeuge, Hilfsstromsysteme, PV-Wechselrichter und Industrieanwendungen sind auf Hochvolt-Schaltnetzteile angewiesen. Um den schärferen Anforderungen an Effizienz und Robustheit zu entsprechen, hat Microchip seine Leistungshalbleiter um 1700-V-SiC-MOSFETs sowie diskrete Bauelemente und Power-Module gezielt erweitert.

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Besonders für Ladesysteme und Wechselrichter: optimierte 1700-V-SiC-MOSFETs, diskrete Bauelemente und Power-Module.
Besonders für Ladesysteme und Wechselrichter: optimierte 1700-V-SiC-MOSFETs, diskrete Bauelemente und Power-Module.
(Bild: Microchip)

Alle 1700-V-MOSFETs sind über die typischen Datenblattparameter hinaus zuverlässig und ermöglichen eine gewünschte Größe und Schalteffizienz, ohne das System überdimensionieren zu müssen, heißt es auf der Microchip-Website. Offeriert werden die 1700-V-SiC-Devices als Chip, diskretes Bauteil, Leistungsmodul und Gate-Treiber. Die Leistungshalbleiter sind für Hochspannungsanwendungen wie Antriebswechselrichter und Stromversorgungen in Zügen und Schwerlastfahrzeugen entwickelt, ebenso für generelle Kfz-Ladesysteme, industrielles Schweißen, erneuerbare Energien (Photovoltaik) und Stromversorgungssysteme der Luftfahrt.

Die jüngsten SiC-Entwicklungen ermöglichten es, statt IGBTs zweistufige Topologien mit weniger Bauelementen, höherem Wirkungsgrad und einfacherer Ansteuerung zu verwenden. Ohne Schaltbeschränkungen ließen sich dadurch Leistungswandler in Größe und Gewicht erheblich reduzieren, etwa um im Kfz mehr Platz zu schaffen, die Reichweite und Betriebszeit von schweren Nutzfahrzeugen zu verlängern, beispielsweise von Elektrobussen.

Wesentliche Merkmale, Robustheit, Stabilität

Zu den Merkmalen der neuen Power Devices gehört die Gate-Oxid-Stabilität, bei der Microchip selbst nach 100.000 Impulsen in R-UIS-Tests (Repetitive Unclamped Inductive Switching) keine Verschiebung der Schwellenspannung beobachtete. Diese Tests zeigten nach Angaben von Microchip auch eine ausgezeichnete Avalanche-Robustheit und parametrische Stabilität sowie mit der Gate-Oxid-Stabilität einen zuverlässigen Betrieb über die gesamte Lebensdauer des Systems.

Die nahezu verlustfreie Body-Diode erübrige eine externe Diode mit dem SiC-MOSFET. Eine mit IGBTs vergleichbare Kurzschlussfestigkeit wirke verlässlich gegen Transienten. Eine flachere RDS(on)-Kurve entlang der Sperrschichttemperatur von 0 bis 175 °C sorge für einen stabileren Betrieb des Stromversorgungssystems.

Zur Design-Unterstützung gibt es von Microchip eine Reihe digital programmierbarer Gate-Treiber (AgileSwitch-Serie), um den Betrieb von SiC- und IGBT-Leistungsbauelementen bei hohen Schaltfrequenzen (bis 200 kHz) zu optimieren. Sie sind für Transport- und Industrieanwendungen optimiert, darunter Schwerlastfahrzeuge, Hilfsstromaggregate, Lade- und Speichergeräte, Wechselrichter und Induktionsheizungen.

Design Tool: Schalteigenschaften simulieren

Zu den weiteren SiC-Bauelementen von Microchip zählen MOSFETs und Schottky-Barrier-Dioden für 700 und 1200 V, die als Bare-Die und in einer Vielzahl von diskreten Packages und Power-Modul-Gehäusen erhältlich sind.

Die zum Analogsimulator MPLAB-Mindi von Microchip kompatiblen SiC-SPICE-Simulationsmodelle sollen Entwicklern die Möglichkeit bieten, alle Schalteigenschaften zu simulieren, bevor sie sich dem Hardware-Design widmen. Das Intelligent Configuration Tool (ICT) ermöglicht ein Modellieren effizienter SiC-Gate-Treiber-Einstellungen für die AgileSwitch-Reihe. Die 1700-V-SiC-MOSFET-Chips/Dies sowie die diskreten Bauelemente und Power-Module sind ab sofort in zahlreichen Gehäuseoptionen verfügbar.

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