Suchen

Full-SiC-Module Optimierte interne Struktur senkt Schaltverluste um 64%

| Redakteur: Gerd Kucera

Optimiert für Photovoltaikanlagen, USV sowie Stromversorgungen der Industrie gibt es von ROHM jetzt zwei neue Full-SiC-Power-Module für 1200 V und 400 A/600 A als Muster und in OEM-Stückzahlen. Im März 2012 startete ROHM als weltweit erstes Unternehmen mit der Massenfertigung von Full-SiC-Power-Modulen, deren Leistungshalbleiter ausschließlich auf Siliziumkarbid basierten.

Firmen zum Thema

Bild 1: Stete Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten liefern Leistungshalbleiterlösungen in den Kategorien SiC, Power IC, Automotive, Industrie und Antriebe.
Bild 1: Stete Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten liefern Leistungshalbleiterlösungen in den Kategorien SiC, Power IC, Automotive, Industrie und Antriebe.
(Bild: ROHM)

Seit damals wurden Module für Spannungen und Ströme bis 1200 V und 300 A entwickelt, die in den unterschiedlichsten Anwendungen etabliert werden konnten. Die jetzt vorgestellten Leistungsmodule basieren auf einer neuen Gehäusekonstruktion, die das Bausteine-Portfolio der Power Devices auf den wichtigen Nennstrom-Bereich von 100 A bis 600 A ausdehnt. Damit will der Hersteller die wachsenden Anforderungen des IGBT-Marktes erfüllen.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 6 Bildern

Der Baustein BSM600D12P3G001 nutzt ein neues Gehäuse mit einer neuartigen internen Struktur und optimierter Wärmeabstrahlung. Spezifiziert ist er für einen Nennstrom von 600 A und eignet sich damit für Anwendungen höherer Leistung, darunter beispielsweise große Stromversorgungen für industrielle Anlagen. Die Schaltverluste sind nach Herstellerangaben (bei 150 °C Chip-Temperatur) um 64% geringer als bei IGBT-Modulen mit gleichem Nennstrom, was die Energieeinsparungen deutlich steigert. Das Modul mit der Bezeichnung BSM400D12P3G002 ist für 400 A ausgelegt.

„Abgesehen davon, dass aufgrund der hohen Schaltfrequenz kleinere Peripherie-Bauelemente gewählt werden können, kommen auch die Auswirkungen der gesenkten Schaltverluste beim Betrieb mit hohen Frequenzen stärker zum Tragen, was zur Miniaturisierung von Kühl- und anderen Systemen beiträgt“, konstatiert Dr. Kazuhide Ino, General Manager Power Devices bei ROHM, „zum Beispiel ergaben vorläufige Berechnungen auf der Basis von Verlustsimulationen in Kühlsystemen, dass der Umstieg auf SiC-Module die Abmessungen wassergekühlter Kühlkörper gegenüber IGBT-Modulen mit gleichen Kenndaten um bis zu 88% verringern kann. Kazuhide Ino bezieht sich hiermit auf ein Produkt mit 1200 V/600 A und Spezifikationen wie etwa PWM-Wechselrichteransteuerung, 20 kHz Schaltfrequenz, Wärmeleitpasten-Schicht von weniger als 40 µm.

In den letzten Jahren habe SiC dank seiner herausragenden Energiespar-Eigenschaften in immer mehr Märkten, darunter auch der Automotive- und der Industriebereich, an Verbreitung gewonnen, zumal Produkte mit immer höherer Stromtragfähigkeit nachgefragt werden. Um die Eignung von SiC-Produkten für hohe Schaltfrequenzen bestmöglich auszuschöpfen (speziell bei Modulen mit hohen Nennströmen) bedurfte es der Entwicklung eines neuen Gehäuses, das die Auswirkungen von Spannungsspitzen während der Schaltvorgänge eindämmt.

Herausforderungen beim Realisieren höherer Ströme

Hebt man den Nennstrom von Power-Modulen an, entstehen beim Schalten naturgemäß auch höhere Spannungsspitzen. Aus diesem Grund müssen die gehäuseinternen Induktivitäten reduziert werden. Durch eine Optimierung der internen Platzierung der SiC-Bauelemente innerhalb der Module sowie Verbesserung der Anschluss-Konfiguration und des Layouts gelang es ROHM, die interne Induktivität im Vergleich zu konventionellen Produkten um 23% zu senken.

Das neue Gehäuse des Typs G senkt die Spannungsspitzen gegenüber Standardgehäusen um 27% (bei gleichen Verlusten), was die Entwicklung von Modulen für 400 A und 600 A ermöglichte. Darüber hinaus sorgt das neue Gehäuse bei gleichen Ansteuerbedingungen für 24% geringere Schaltverluste.

Dr. Ino: „Das Erreichen eines Nennstroms von 600 A bedingt nicht nur geringere interne Induktivitäten, sondern auch eine Reduzierung der Wärmeentwicklung. Eine Verbesserung der Ebenheit der Grundplatte trägt entscheidend zur besseren Entwärmung des Moduls bei. Wir konnten hierdurch den Wärmewiderstand zwischen Modulgrundplatte und dem Kühlkörper der Kundenapplikation um 57 Prozent reduzieren.“ Zusätzlich zu den SiC-Modulen gibt es von ROHM eine Gate-Treiber-Platine, die eine schnelle und einfache Evaluierung zulässt.

(ID:44706427)