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Nr 44 2021 www markttechnik de Elektronische und elektromechanische Bauelemente - sofort ab Lager WWW GUDECO DE Wie ein Schweizer Uhrwerk Werkzeuge mit höchster Qualität und erstklassiger Verarbeitung - Weller Erem ist führend in der Entwicklung und Produktion hochwertiger Präzisionswerkzeuge Der perfekte Schnitt Schneider für die Mikroelektronik Kraftvoll scharf und präzise - jedes Mal Die perfekte Kombination Pinzetten für die Mikroelektronik Präzision Design Symmetrie und Balance Langlebig Zangen für die Mikroelektronik Längste Standzeiten weltweit 35 kosten dieser Transistoren bewirkt was wiederum Anreize für die Verwendung dieser Bauelemente in Elektrofahrzeug-Systemen wie etwa Bordladegeräten und Traktionswechselrichtern geschaffen hat Da SiC-Transistoren ein effizienteres und höherfrequentes Schalten ermöglichen und deshalb die Verwendung kleinerer induktiver Bauelemente zulassen treibt das WBG-Material die Verwendung von SiC in vielen Leistungswandlungs-Applikationen für den industriellen Markt voran ganz abgesehen von den Vorstößen im Bereich der Automobil-Anwendungen SiC ist jedoch keineswegs für alle Anwendungen geeignet Die Erfolge die IGBTs in Systemen für erneuerbare Energie USVs und Motorreglern verzeichnen sind großenteils auf die niedrigen Leitungsverluste sowie darauf zurückzuführen dass diese Anwendungen relativ geringe Schaltfrequenzen erfordern IGBTs können zudem durch Ändern des Verhältnisses von V CE SAT und t fall in verschiedenen Familien angeboten werden um wahlweise die Leitungsverluste oder die Schaltverluste zu optimieren Schaltet man mehrere IGBTs allerdings parallel so ändert sich die Steigung der Ausgangskennlinie Auf der einen Seite wird die Einschaltspannung niemals geringer sein als der Spannungs-Offset der aus dem Knie in der IGBT-Kennlinie resultiert etwa 0 8 V Andererseits führt das Parallelschalten von n MOS-FETs dazu dass der R DS on eines einzelnen MOSFET durch n dividiert wird was die geringstmöglichen Leitungsverluste ergibt In realen Anwendungen lässt sich diese Eigenschaft nutzen ohne dass man unbedingt unter allen Bedingungen die geringstmöglichen Leitungsverluste erhält Einige Motorregelungs-Anwendungen wie etwa Wechselrichter für Elektrofahrzeuge oder Kühlkompressoren arbeiten aber während des Großteils ihrer Lebensdauer nur mit einem Bruchteil nämlich 20 bis 50 Prozent ihrer Nennleistung weshalb der Einsatz von SiC-Transistoren auch hier zu niedrigeren Verlusten und einem höheren Wirkungsgrad führt Totem-Pole-PFC-Schaltungen Wie bereits erwähnt können die Energieverluste vieler Leistungswandlungs-Anwendungen gravierende ökonomische und ökologische Konsequenzen haben Eine effiziente Leistungsfaktor-Korrekturstufe PFC zwischen der eingangsseitigen Gleichrichterstufe implementiert mit einer niederfrequent schaltenden Eingangsbrücke und dem anschließenden Gleichspannungswandler kann zur Eindämmung dieser Verluste beitragen Häufig aber müssen zum Erreichen des geforderten Wirkungsgrads die Verluste in allen drei Stufen der Stromversorgung minimiert werden Brückenlose Topologien können hier helfen indem sie die Verluste in der Eingangsstufe eliminieren und so daran mitwirken den angestrebten Wirkungsgrad zu erreichen So ist die brückenlose Totem-Pole-PFC-Topologie nur im lückenden Betrieb und damit hauptsächlich in Anwendungen mit geringer Leistung eingesetzt werden weil die hohen Sperrerholströme der Body-Dioden in den MOSFETs zu großen Verlusten führen SiC-Transistoren die durch einen vernachlässigbar geringen Sperrerholstrom der internen Body-Diode gekennzeichnet sind eröffnen jedoch ganz neue Perspektiven für diese Topologie In Bild 4 sind die brückenlose Totem-Pole-PFC-Topologie links und die semibrückenlose Totem-Pole-PFC-Topologie rechts zu sehen Letztere nutzt zwei Thyristoren zur Begrenzung des Einschaltstroms Damit wird die sonst übliche Schaltung ersetzt in der dieselbe Funktion mit einem wenig effizienten Strombegrenzungs-Widerstand und einem Relais implementiert war In einer konventionellen PFC-Topologie kommen zwei Dioden-Spannungsabfälle in der Brückenschaltung und einer in der Hochsetzsteller-Stufe vor während in der brückenlosen Totem-Pole-Topologie zwei widerstandsarme MOSFETs im niederfrequenten Zweig der Brücke ohne jegliche Spannungsabfälle arbeiten und damit den Wirkungsgrad verbessern So minimiert die brückenlose Totem-Pole-PFC-Topologie nicht zuletzt auch die Verluste im Bild 3 Ausgangskennlinien von SiC-Transistoren und IGBTs