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22 Elektronik 02 2025 LeistungseLektronik Die höchstmögliche Leistungsdichte zu erzielen wird zu einer immer wichtigeren Anforderung für Anwendungen wie DC DC-Leistungswandler Onboard-Ladegeräte OBC in Elektrofahrzeugen EV industrielle Motorantriebe Solarwechselrichter und Traktionswechselrichter Diese Entwicklung führt zu steigenden Betriebstemperaturen der Systeme und erfordert den Einsatz von Komponenten die auch bei Temperaturen von bis zu 175 °Czuverlässig arbeiten Bauelemente die auf Materialien mit breiter Bandlücke Wide Bandgap WBG wie Siliziumkarbid SiC basieren erfüllen diese Anforderung und gewinnen in solchen Anwendungen zunehmend an Bedeutung Bei hohen Temperaturen zeigen jedoch selbst SiC-MOSFETs ein komplexes Verhalten das auf subtile Schwankungen kritischer Parameter wie V GS th Gate-Schwellenspannung R DS on Einschaltwiderstand I DSS Drain-Source-Leckstrom und I GSS Gate-Source-Leckstrom zurückzuführen ist Werden die Schwankungen nicht sorgfältig berücksichtigt können sie unerwartete Ausfälle von Leistungselektroniksystemen verursachen In den Datenblättern der Hersteller sind im Allgemeinen keine Informationen über die Wechselwirkungen der verschiedenen Parameter insbesondere bei höheren Betriebstemperaturen zu finden Der vorliegende Artikel behandelt diese Problematik indem er Empfehlungen für den Umgang mit den kritischen Parametern beim Design eines SiCbasierten DC-DC-Leistungswandlers gibt der für den Betrieb bei Temperaturen von bis zu 175 °Causgelegt ist Nutzung des SiC-Vorteils SiC-MOSFETs bieten gegenüber herkömmlichen Silizium-MOSFETs und Insulated Gate Bipolar Transistors IGBTs erhebliche Vorteile bei hohen Spannungen und Temperaturen Diese Eigenschaften machen sie zur idealen Wahl für Anwendungen in der Automobilindustrie bei erneuerbaren Energien und in industriellen Anwendungen Ingenieure testen ihre Bauelemente in der Regel unter Anwendungsbedingungen und versuchen die Leistungsgrenzen des Bauelements auszuloten um die maximal mögliche Leistung unter Berücksichtigung aller Derating-Faktoren zu erzielen das thermische Design ist eine dieser Grenzen Nexperia testet die Leistungsparameter seiner Bausteine umfassend mit Hilfe von Standard-Testmethoden Dazu wird ein Doppelpulsaufbau zum Testen von -Bauteilparametern wie R DS on V GS th I GSS und I DSS und zur Bewertung der Schaltleistung verwendet Die IV-Kurven werden mit dem Keysight B1505 Power Device Analyzer erstellt Um den Betrieb des Wandlers bei hohen Temperaturen zu optimieren ist bei der Auslegung der R DS on Wert des Bauteils der erste zu berücksichtigende Parameter Im folgenden Abschnitt werden Nexperia-Bauelemente mit einigen Wettbewerberprodukten verglichen und dabei Variationen der R DS on -Parameter innerhalb des streng kontrollierten Herstellungsprozesses analysiert um die überlegene R DS on -Stabilität der Nexperia-Bauelemente aufzuzeigen Bild 1 zeigt die Temperaturabhängigkeit von R DS on und vergleicht Nexperia mit Wettbewerbern Die rote Linie die das Nexperia-Bauteil darstellt zeigt eine 38-prozentige Erhöhung von R DS on während die blauen Linien die die Wettbewerber Cund Erepräsentieren eine Erhöhung von über 180 Prozent beziehungsweise 210 Prozent anzeigen Ein Anstieg von R DS on korreliert direkt mit einer höheren Leitungsverlustleistung wie in der folgenden Gleichung dargestellt Bild 1 R DS on im Vergleich zum Wettbewerb Bild Nexperia Tabelle 1 Gemessene Drift des R DS on im Vergleich zu Schwankungen der Sperrschichttemperatur Quelle Nexperia