Neue 2200 V-SiC-MOSFETs verbessern den Wirkungsgrad in anspruchsvollen Anwendungen

Halbbrücke SiC-MOSFET-Modul ermöglicht verlustarme, leistungsstarke zweistufige Wechselrichter.

Toshiba Electronics Europe GmbH („Toshiba“) stellt einen neuen Siliziumkarbid-/SiC-MOSFET mit einer Nennspannung von 2200 V und integrierter Schottky-Barrier-Diode (SBD) für 1500 VDC-Anwendungen vor, der sich z. B. für Solar-Wechselrichter, Ladegeräte für Elektrofahrzeuge (EV), hochfrequente DC/DC-Umrichter und Energiespeichersysteme eignet. Der Baustein vereinfacht das Design von Wechselrichtern und erhöht die Leistungsdichte, wodurch Größe und Gewicht eingespart werden.

Herkömmliche dreistufige Wechselrichter weisen geringe Schaltverluste auf – denn die Sperrspannung an den Schaltern beträgt die Hälfte der Netzspannung. Im Vergleich dazu haben zweistufige Wechselrichter weniger Schaltmodule, wodurch sie einfacher, kleiner und leichter sind. Sie erfordern jedoch Halbleiterbauelemente mit höherer Durchbruchspannung, weil die angelegte Spannung der Netzspannung entspricht. Diese Herausforderung muss adressiert werden, da ein zweistufiger Wechselrichter, der auf dem neuen SiC-MOSFET basiert, eine höhere Betriebsfrequenz und eine geringere Verlustleistung als herkömmliche dreistufige Silizium-/Si-IGBT-Wechselrichter aufweist.

Das neue Halbbrücke-SiC-MOSFET-Modul (MG250YD2YMS3) hat eine UDSS-Nennspannung von 2200 V und unterstützt einen kontinuierlichen Drain-Strom (ID) von 250 und 500 A im gepulsten Betrieb (IDP). Die Isolationsspannung (Uisol) beträgt 4000 Veff, und der Baustein lässt sich bei Kanaltemperaturen (Tch) von bis zu 150 °C betreiben.

Der Baustein bietet niedrige Leitungsverluste mit einer Drain-Source-Spannung (UDS(on)sense) von 0,7 V. Die Schaltverluste sind mit Ein- und Ausschaltverlusten von 14 bzw. 11 mJ minimal, was die Anforderungen an das Wärmemanagement verringert und kleinere Wechselrichter ermöglicht.

Beim MG250YD2YMS3 wurden die Störstellenkonzentration und die Dicke der Driftschicht optimiert. So wird das gleiche Verhältnis zwischen Durchlasswiderstand (RDS(ON)) und Durchbruchspannung wie bei bestehenden Lösungen beibehalten. Dies stärkt auch die Immunität gegenüber kosmischer Strahlung – eine wichtige Voraussetzung für den Einsatz in Solaranlagen. Darüber hinaus sorgt die Integration von SBDs mit geklemmten parasitären pn-Übergängen zwischen den p-Basis-Bereichen und der n-Drift-Schicht für mehr Zuverlässigkeit bei der Rückwärtsleitung.

Die Schaltverluste des neuen SiC-Moduls sind weitaus geringer als die entsprechender Si-basierter Module. Vergleicht man einen zweistufigen SiC-Wechselrichter mit einem dreistufigen Si-Wechselrichter, erzielt das neue SiC-Modul die doppelte Frequenz eines herkömmlichen Si-IGBTs sowie 37% geringere Verluste.

Die Auslieferung des neuen Bausteins beginnt im September 2023.

Weitere Informationen unter: https://toshiba.semicon-storage.com/eu/semiconductor/product/mosfets/sic-mosfet-modules/detail.MG250YD2YMS3.html

www.toshiba.semicon-storage.com

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