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30 Elektronik 0 8 2024 LeistungshaLbLeiter Wide-Bandgap-Bauelemente Die neue Generation SIC-MOSFETs Die Bauelemente der neuen Generation vertragen höhere Spannungen schalten schneller haben einen besseren Wirkungsgrad und einen weiteren Temperaturbereich bei Anwendungen mit hoher Leistung Von Rolf Horn Entwickler leistungsintensiver Anwendungen benötigen kleinere leichtere und effizientere Stromwandler die bei höheren Spannungen und Temperaturen betrieben werden können Dies gilt insbesondere für Elektrofahrzeuge die sich dadurch schneller laden lassen und eine größere Reichweite erzielen Um dies zu erreichen bieten sich Siliziumkarbid-Leistungswandler SiC an eine sogenannte Wide-Bandgap-Technologie WBG Im Vergleich zu Silizium Si arbeiten diese Bauelemente mit höheren Spannungen und halten höhere Temperaturen aus SiC-Bauelemente können mit einer höheren Schaltfrequenz betrieben werden was die Verwendung kleinerer passiver Bauelemente ermöglicht Die Stromversorgungen werden dadurch kleiner leichter und erfordern weniger Kühlung SiC wird jedoch ständig weiterentwickelt und jüngste Entwicklungen haben zu einem geringeren Durchlasswiderstand geführt was die Leistungsverluste weiter verringert SiC für Elektroautos Elektrofahrzeuge benötigen eine höhere Batteriekapazität für mehr Reichweite Gleichzeitig wird die Batteriespannung auf 800 Volt erhöht um die Ladezeit zu verkürzen Das erfordert Bauelemente die diesen höheren Spannungen standhalten und gleichzeitig die elektrischen Verluste und das Gewicht reduzieren Die SiC-MOSFETs der vierten Generation von Rohm Semiconductor bieten geringere Verluste durch höhere Spannungstoleranz geringere Leitungsund Schaltverluste und kleinere Abmessungen SiCbietet im Vergleich zu Si-MOSFETs einen höheren Wirkungsgrad bei Hochspannung Ein Vergleich der physikalischen Eigenschaften von SiC und Si zeigt die Ursache für diese Verbesserung anhand von fünf physikalischen Eigenschaften elektrisches Durchbruchsfeld Bandlücke Wärmeleitfähigkeit Schmelzpunkt und Elektronendriftgeschwindigkeit Bild 1 Die elektrische Durchschlagsfeldstärke von SiC ist zehnmal größer als die von Si was die Entwicklung von Bauelementen mit höheren Durchschlagsspannungen bei gleichzeitiger Reduzierung der Bauelementedicke ermöglicht Die breitere Bandlücke von SiC ermöglicht den Betrieb des Bauelements bei wesentlich höheren Temperaturen Die höhere Wärmeleitfähigkeit verringert den Aufwand für die Kühlung der Komponente während der höhere Schmelzpunkt den Betriebstemperaturbereich erweitert Und schließlich führt die höhere gesättigte Elektronendriftgeschwindigkeit von SiC zu höheren möglichen Schaltfrequenzen und geringeren Schaltverlusten Diese höheren Bild stock adobe com