Der Blätterkatalog benötigt Javascript.
Bitte aktivieren Sie Javascript in Ihren Browser-Einstellungen.
The Blätterkatalog requires Javascript.
Please activate Javascript in your browser settings.
7 Trend Guide Leistungshalbleiter 2022 www markttechnik de tung verbessern können Mit den effizientesten Bauelementen von heute ist es sogar möglich eine passive Kühlung zu implementieren d h es ist kein Kühlkörper erforderlich Vorteile steigen mit der Leistung Mit steigender Leistung wächst der Nutzen der schnelleren und effizienteren Schaltvorgänge der SiC-Technologie Bei einem Leistungsbedarf im zweioder dreistelligen Kilowattbereich finden sich viele Anwendungen für die SiC-Technologie Bild 3 zeigt einen 3-Phasen-Wechselrichter für 75 kW Er kann beispielsweise in EV-Traktionssystemen EV-Ladegeräten Solarwechselrichtern USV Motorantrieben zum Einsatz kommen Bild 4 vergleicht den Wirkungsgrad dieses Wechselrichterdesigns mit verschiedenen 1700-V-Leistungsmodulen in einem niederinduktiven Gehäuse Das SiC-Modul hat einen maximalen Wirkungsgrad von 99 4 Prozent bei 10 kHz Selbst bei einer Verdreifachung der Schaltfrequenz auf 30 kHz bot das SiC-Modul immer noch einen höheren Wirkungsgrad als der Ansatz mit Si-IGBTs Dadurch ließen sich die schweren und teuren Filterkomponenten auf ein Drittel ihrer ursprünglichen Größe verkleinern Im Allgemeinen reduzieren MOSFETs die Schaltverluste im Vergleich zu Si-IGBTs um durchschnittlich 80 Prozent Dadurch ist es ermöglicht bei den Wandlern die Schaltfrequenz zu erhöhen und gleichzeitig die Größe das Gewicht und die Kosten von sperrigen teuren Transformatoren zu reduzieren Die Leitverluste von SiC-MOSFETs und Si-IGBTs sind bei hohen Lasten ähnlich aber es ist wichtiger die Bedingungen bei leichter Last zu berücksichtigen denn viele Anwendungen verbringen darin den größten Teil ihrer Betriebszeit Dazu zählen Solarwechselrichter wenn ein Teil der Solarzellen abgeschattet ist Windkraftanlagen an windstillen Tagen und Zugtüren die nur periodisch über APUs geöffnet und geschlossen werden SiC-MOSFETs verringern in diesen Anwendungen die Leitverluste im Vergleich zu Si-IGBTs Wie bei stromsparenden APU-Anwendungen verbessern SiC-MOSFETs die in diesem höheren Leistungsbereich eingesetzt werden die Zuverlässigkeit weil die Schaltung und die Ansteuerung einfacher gestaltet werden können Dies wiederum reduziert die Anzahl der Bauelemente und die damit verbundenen Kosten In diesen Anwendungen erfordert der höhere Leistungsbedarf von Wandlern mittlerer Leistung eine Vorteile bei leichter Last Die Vorteile von SiC-MOSFETs mit 1700 Vbeginnen bereits bei Leistungen von einigen zehn bis hundert Watt und sie eignen sich besonders für Hilfsstromversorgungen APU Auxiliary Power Unit die in praktisch jedem leistungselektronischen System vorhanden sind Ohne APU gibt es keine Möglichkeit Gate-Treiber Messund Steuerschaltungen oder Lüfter mit Strom zu versorgen Aufgrund ihrer betriebskritischen Funktion hat die Zuverlässigkeit der APU-Anwendung oberste Priorität 1700-V-SiC-MOSFETs tragen unter anderem durch ihre hohe Durchbruchspannung ihren geringeren spezifischen Durchlasswiderstand und ihre hohe Schaltgeschwindigkeit dazu bei Ausfälle von APUs zu vermeiden In Kombination ermöglichen diese Eigenschaften ein einfacheres Schaltungsdesign unter Verwendung der Sperrwandler-Topologie mit nur einem Schalter Bild 1 Im Vergleich dazu haben Lösungen auf Siliziumbasis entweder eine zu niedrige Nennspannung für diese Topologie was eine Architektur mit zwei Schaltern erforderlich macht und das Ausfallrisiko verdoppelt oder die Entwickler müssen Leistungsfähigkeit für die Nennspannung opfern Außerdem gibt es nicht von genügend Lieferanten für solche Siliziumkomponenten und sie sind teurer als äquivalente SiC-Bauteile Abgesehen von der höheren Zuverlässigkeit einfacheren Ansteuerung geringeren Anzahl von Bauelementen und den niedrigeren Kosten kann eine APU mit 1700-V-SiC-MOSFETs auch kompakter sein Der flächenspezifische Durchlasswiderstand von SiC-MOSFETs Ron sp beträgt nur einen Bruchteil von dem den Silizium-MOSFETs aufweisen Damit lassen sich kleinere Gehäuse für die kleineren Chips verwenden und Leitverluste reduzieren was letztendlich zu leichteren kleineren oder keinen Kühlkörpern führt Außerdem weisen SiC-MOSFETs geringere Schaltverluste auf Weil dadurch die Schaltfrequenz erhöht werden kann lassen sich die Größe das Gewicht und die Kosten von Transformatoren verringern Bild 2 zeigt wie stark verschiedene SiC-MOS-FETs den Wirkungsgrad über die Ausgangsleis-Bild 1 Durch den Einsatz von SiC-MOSFETs mit 1700 V Nennspannung lässt sich statt einer komplexen Topologie mit Silizium-MOSFETs links eine einfache Sperrwandler-Topologie mit breitem Eingangsspannungsbereich rechts für Hilfsstromversorgungen APU nutzen Bild 2 Vergleich des Wirkungsgrades über die Ausgangsleistung für mehrere SiC-Bauelemente und einen Hochspannungs-Silizium-MOS-Baustein Bild 3 Dreiphasiger Wechselrichter für 75 kW einschließlich Funktionsabschnitten und Schaltungsaufbau Dort kommt es auf Effizienz Zuverlässigkeit und Leistungsdichte an