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www designelektronik de Silizium als gegebener Orientierungsrahmen Bauelemente aus Silizium sind der natürliche Gradmesser für solche aus Siliziumkarbid und die ideale Startposition Da die Materialqualität von Silizium über Jahrzehnte hinweg durch zahlreiche Generationen verbesserter Bauelemente perfektioniert wurde steht dem Erreichen der idealen Technologiekurve fast nichts mehr im Wege Die neuesten Silizium-MOSFETs die für diese Arbeit analysiert wurden Bild sind so gut dass sie auf oder sogar unter der unipolaren Grenze erscheinen was vielleicht die Fehlertoleranz der Berechnung der unipolaren Grenze verdeutlicht Erst unterhalb von 100 Vwerden die Materialgrenzen von Silizium-MOSFETs deutlich da der Gesamtwiderstand des Bauelements von den festen Widerständen des Substrats des JFET-Bereichs und des Kanals dominiert wird und nicht mehr vom skalierbaren Widerstand des Driftbereichs Ebenfalls im Bild eingezeichnet sind zwei Beispiele für Silizium-IGBTs Diese bipolaren Bauelemente verwenden nicht nur Majoritätsladungsträger Elektronen sondern auch Minoritätsladungsträger Löcher um den Driftbereich mit Ladungsträgern zu überfluten um den Durchlasswiderstand zu senken Dadurch erscheinen diese Bauelemente unterhalb der unipolaren Grenze von Silizium Allerdings hat diese sogenannte Leitfähigkeitsmodulation ihren Preis Die Injektion und Entfernung aller Minoritätsträger erfordert Zeit und bringt erhebliche Schaltverluste mit sich Wie gut ist Siliziumkarbid heute? Im Folgenden wird auf einige wichtige Erkenntnisse aus dem Spektrum der untersuchten SiC-Bauelemente eingegangen Betrachtet man die erfassten Bauteile so zeigt sich dass die Parameter innerhalb der einzelnen Spannungsklassen erheblich streuen Was jedoch die Bauteile mit dem jeweils niedrigsten Widerstand eint ist einerseits dass sie die höchsten Nennströme aufweisen Es handelt sich also um große Chips mit großen aktiven Flächen sodass ein geringerer Anteil des Chips auf nicht stromführende Bereiche entfällt beispielsweise auf das Gate-Pad und die Anschlussbereiche Andererseits stammen die Bausteine mit dem niedrigsten Widerstand von demselben Hersteller dessen Produkte durchweg den niedrigsten spezifischen Widerstand und die kleinsten Chipgrößen aufweisen In der Tat gibt es eine erhebliche Streuung zwischen den Herstellern die zum Teil diejenigen begünstigt die erst vor kurzem neue Produkte auf den Markt gebracht haben Es gibt jedoch einen eindeutigen Trend der darauf hindeutet dass einige Hersteller ihre Produkte überdimensionieren Derating indem sie diese für viel höhere Spannungen und Ströme auslegen als im Datenblatt angegeben sind Insbesondere bei 650 V Sperrspannung sind die SiC-MOSFETs noch weit von ihrer unipolaren Grenze entfernt Ihr Durchlasswiderstand ist in der Tat so hoch dass heutige Trench-Gated-Field-Stop-IGBTs sogar etwas geringere Durchlassverluste aufweisen Trotzdem bedeutet allein die Tatsache dass der Widerstand der unipolaren SiC-Bauelemente in der gleichen Größenordnung liegt wie der eines bipolaren leitwertmodulierten Silizium-IGBTs dass der relativ geringe Anstieg der Durchlassverluste durch die großen Schaltverluste der IGBTs in den Schatten gestellt wird wenn beide Bauelemente bei einer praxisnahen Schaltfrequenz arbeiten Dadurch kann die SiC-Lösung schneller und mit höherem Wirkungsgrad arbeiten Tesla hat dies beim Wechselrichter des Model 3 von 2018 demonstriert [1] Die - ser soll nur knapp 40 Prozent des Gewichts des Wechselrichters im Nissan Leaf haben obwohl seine elektrische Leistung mehr als doppelt so hoch ist Dank der höheren Effizienz lässt sich die Anzahl der teuren und schweren Batterien im Fahrzeug verringern wodurch sich die Kosten für die kleinen aber teuren SiC-Komponenten amortisieren Auch wenn sich Siliziumkarbid im 650-V-Bereich bewährt hat 1200-V-Bau - teile sind viel näher am Sweetspot des Materials Dort haben SiC-MOSFETs einen flächenbezogenen Widerstand der näher an der unipolaren Grenze des Materials liegt Bei 1200 Vliegt dieser Wert »nur« 14-bis 33-mal darüber bei 650 Vaber bei 35-bis 90-mal Der Grund dafür ist dass bei 650 Vdie festen Widerstandsanteile von Kanal und Substrat dominieren und nicht nur der variable Anteil des Driftbereichs der für die Berechnung der unipolaren Grenze maßgebend ist Ein Vergleich von SiC-MOSFETs mit 650 Vund 1200 Vgegenüber Silizium-IGBTs mit gleicher Spannung und gleichem Nennstrom verdeutlicht die Vorteile Die Tabelle zeigt dass ein SiC-MOSFET mit 650 Vim Vergleich zu einem äquiva - lenten Silizium-IGBT eine doppelt so hohe Leistungselektronik entwärmen • verschiedenartige Entwärmungskonzepte zur Wärmeabfuhr hoher Verlustleistungen • sehr guter thermischer Wirkungsgrad • kompakter Aufbau und homogene Wärmeverteilung • exakt plangefräste Halbleitermontageflächen • Entwärmung mittels Luft oder Flüssigkeit • kundenspezifische Sonderlösungen Mehr erfahren Sie hier www fischerelektronik de Fischer Elektronik GmbH Co KG Nottebohmstraße 28 58511 Lüdenscheid DEUTSCHLAND Telefon +49 2351 435 - 0 Telefax +49 2351 45754 Email info@fischerelektronik de kühlen schützen verbinden Wir stellen aus IPS - International Parts + Supply 2022 in München vom 19 -20 05 2022 Stand A06 MOC 1