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PCIM Europe 2015 Technologietrends auf dem Gebiet der Leistungselektronik

| Autor / Redakteur: Prof. Dr.-Ing. Josef Lutz, Prof. Dr. Uwe Scheuermann * / Gerd Kucera

Die Bedeutung der Konferenz zur PCIM Europe (19.-21.5.) nimmt zu und es zeigt sich, dass die Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Leistungshalbleiter eine sehr starke Rolle auf der PCIM spielen.

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PCIM Europe 2015: In der Konferenz finden viele Erstveröffentlichungen statt und der Neuheitsgrad ist hoch.
PCIM Europe 2015: In der Konferenz finden viele Erstveröffentlichungen statt und der Neuheitsgrad ist hoch.
(Bild: Mesago/Thomas Geiger)

Noch nie gab es so viele Bewerbungen für Vorträge bei der PCIM wie 2015; die Anzahl stieg um 15% auf 310. Auch fachlich und inhaltlich ist das Niveau gestiegen. Der Fachbeirat unter Leitung des Board of Directors hat daraus ein Programm von 110 Vorträgen und 160 Postern zusammengestellt. Im Folgenden wollen wir einige wichtige Neuerungen aus dem umfangreichen, internationalen Konferenzprogramm kurz vorstellen.

Neue Bauelemente für leistungselektronische Systeme

Infineon zeigt ein neues 1000-A/6,5-kV-Modul mit Reverse Conducting IGBTs, in dem die Freilaufdiode in den IGBT integriert ist. Im Transistorbetrieb steht nun zusätzlich die ehemalige Diodenfläche zur Verfügung, im Diodenbetrieb die der Transistoren. Durch die Integration werden bei gleichen Außenabmessungen des Moduls nun 1000 A gegenüber den bisherigen 750 A Nennstrom erzielt.

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Besonders interessant ist die Fähigkeit, die Diodeneigenschaften über das Gate sehr stark zu beeinflussen. Im Leitbetrieb der Diode wird das Gate optimal mit -15 V beaufschlagt. Damit ist der Elektronenfluss unterbunden, der p-Emitter-Wirkungsgrad sehr hoch und der Spannungsabfall über dem Bauelement sehr niedrig, nur noch knapp über 2,5 V.

Kurz vor Abschalten der Diode wird während beispielsweise 15 µs ein desaturation pulse von +15 V gesetzt. Es bildet sich ein Elektronen-Kanal parallel zu den p-dotierten Emittergebieten. Der p-Emitterwirkungsgrad wird dadurch sehr niedrig und die interne Plasmaverteilung optimal für Abschalten mit niedriger Rückstromspitze. Nach einer kurzen Totzeit wird der IGBT eingeschaltet, die Diode kommutiert. Dies führt zu niedrigen Abschaltverlusten der Diode (reduziert um 40%) und niedrigen Einschaltverlusten des IGBT (reduziert um 34%). In einer so überzeugenden Weise konnten die Vorteile einer feldgesteuerten Diode noch nie gezeigt werden.

ABBs Reverse Conducting IGBT in Planartechnik ist schon seit längerer Zeit angekündigt. Nun wird er auch im Presspack-Gehäuse angeboten. Das Strom-Rating erhöht sich durch die Integration auf 3000 A. Im Versuch konnten drei Presspacks in Reihe 19 kA gegen etwa 9 kV schalten.

Fuji bringt mit der siebten Generation für 1200 V einen verbesserten IGBT und eine verbesserte Freilaufdiode auf den Markt. Die Durchlass-Spannung des IGBT sinkt um 0,3 V auf deutlich unter 2 V (150 °C). Da 1200 V die Massenanwendung für IGBTs ist, kann der Beitrag zur Energieeffizienz als sehr hoch eingeschätzt werden.

Cree hat einen 10-kV/20A-MOSFET in der dritten Generation hergestellt. Er erreicht etwa 100 mΩ•cm2 bei 25 °C. Gegenüber einem 6,5-kV-IGBT betragen die Schaltverluste nur etwa ein Vierzigstel. Man kann diesen MOSFET bei einer Taktfrequenz von 10 kHz einsetzen; bei einem 6,5-kV-IGBT muss man dagegen unter 500 Hz bleiben.

SiC-Bauelemente werden ausgereifter und spielen eine zunehmende Rolle auf der PCIM. Auch GaN als neues Material für Power Devices entwickelt sich dynamisch. Eine Special Session mit eingeladenen Vorträgen beschäftigt sich mit GaN für Automotive-Anwendungen. Eine weitere Session beinhaltet eingereichte Vorträge zu neuen GaN-Devices und Erfahrungen der Realisierung von Stromrichtern mit diesen jungen Bauelementen.

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