ROHM hat die Entwicklung von 1200V 400A/600A Stromversorgungsmodulen angekündigt, die vollständig aus SiC bestehen [BSM400D12P3G002/ BSM600D12P3G001] und für Wechselrichter und Konverter in Solarstromaufbereitungsanlagen, USV-Anlagen und Stromversorgungen für Industrieanlagen optimiert sind.Der BSM600D12P3G001 erreicht dank eines neuen Gehäuses mit innovativer interner Struktur und optimiertem Wärmeableitungsdesign einen Nennstrom von 600 A für Anwendungen mit höherer Leistung, wie z. B. Großnetzteile für Industrieanlagen. Darüber hinaus werden die Schaltverluste im Vergleich zu IGBT-Modulen mit gleichem Nennstrom um 64 % reduziert (bei einer Chiptemperatur von 150 °C), was zu erheblichen Energieeinsparungen führt. Die geringere Größe der Peripheriekomponenten und die hohe Betriebsfrequenz verstärken die Auswirkungen der reduzierten Schaltverluste bei höheren Frequenzen und tragen so zur Miniaturisierung der Kühlung und anderer Systeme bei. Beispielsweise kann die Verwendung von SiC-Modulen, basierend auf vorläufigen Berechnungen mit Simulationen der Kühlsystemverluste, die Größe wassergekühlter Kühlkörper im Vergleich zu äquivalenten IGBT-Modulen um bis zu 88 %* reduzieren.
In den letzten Jahren hat Siliziumkarbid (SiC) aufgrund seiner überlegenen Energieeffizienz und der Nachfrage nach Produkten für höhere Ströme in immer mehr Märkten, wie beispielsweise der Automobil- und Industriebranche, zunehmend an Bedeutung gewonnen. Um die Hochgeschwindigkeitsschalteigenschaften von SiC
– insbesondere in Hochstromprodukten wie Leistungsmodulen – optimal zu nutzen, ist jedoch ein neues Gehäuse erforderlich, das transiente Überspannungen während des Schaltvorgangs verhindert.
Im März 2012 gelang ROHM als weltweit erstem Unternehmen die Serienproduktion von Leistungsmodulen, die vollständig aus Siliziumkarbid (SiC) bestehen. Seitdem haben wir Hochleistungsprodukte bis zu 1200 V/300 A entwickelt, die in verschiedenen Anwendungsbereichen zum Einsatz kommen. Die neuen Module nutzen ein neu entwickeltes Gehäuse, das unser Angebot an SiC-Modulen um den wichtigen Strombereich von 100 A bis 600 A erweitert und damit der wachsenden Nachfrage im IGBT-Markt gerecht wird.
*Produkt mit 1200 V/600 A, PWM-Wechselrichtersteuerung, 20 kHz Schaltfrequenz, Wärmeleitpastendicke unter 40 µm, Kühlkörperspezifikationen von handelsüblichen Produkten übernommen, sonstige Temperaturbedingungen usw. sind identisch.
Hauptmerkmale:
1. Geringere Schaltverluste erhöhen die Energieeinsparung.
Netzteilmodule, die vollständig aus SiC gefertigt und mit Schottky-Dioden und SiC-MOSFETs von ROHM ausgestattet sind, reduzieren die Schaltverluste im Vergleich zu IGBTs mit gleichem Strom um 64 % (bei einer Chiptemperatur von 150 °C). Dies minimiert die Leistungswandlungsverluste in Anwendungen und trägt zur Energieeinsparung bei.
2. Die Hochfrequenzsteuerung reduziert die Größe der Peripheriekomponenten.
Simulationen der Verluste mit PWM-Wechselrichtersteuerung ergaben eine Reduzierung um 30 % bei 5 kHz und eine noch deutlichere Reduzierung um 55 % der Gesamtverluste mit PWM bei 20 kHz im Vergleich zu äquivalenten IGBT-Modulen. Bei 20 kHz kann die Größe des Kühlkörpers um bis zu 88 % reduziert werden. Die Hochfrequenzsteuerung ermöglicht zudem den Einsatz kleinerer passiver Bauelemente.
Technologische Herausforderungen für höhere Ströme:
1. Reduzierung der Gehäuseinduktivität:
Die höheren Ströme von Stromversorgungsmodulen erhöhen auch die transienten Überspannungen beim Schalten, was eine Minimierung der Gehäuseinduktivität erforderlich macht. Durch die Optimierung der internen Platzierung des SiC-Bauelements sowie der Anschlusskonfiguration und des Verbindungsroutings ermöglicht ROHM jedoch eine Reduzierung der internen Induktivität um 23 % im Vergleich zu herkömmlichen Produkten. Das neue G-Gehäuse von ROHM eliminiert transiente Überspannungen um 27 % bei gleichen Verlusten im Vergleich zu Standardgehäusen und ermöglicht so die Entwicklung von 400-A- und 600-A-Modulen. Darüber hinaus reduziert dieses neue Gehäuse die Schaltverluste um 24 % unter gleichen Bedingungen der transienten Überspannungsregelung.
2. Verbesserte Wärmeableitung im Gehäuse:
Um einen Nennstrom von 600 A zu erreichen, ist es notwendig, nicht nur die interne Induktivität, sondern auch die entstehende Wärme zu reduzieren. Dank der verbesserten Planheit der Grundplatte, die wesentlich zur Wärmeableitung des Moduls beiträgt, konnte ROHM den Wärmewiderstand zwischen Kühlmechanismus und Kunden-Motherboard um 57 % senken.
Neben den SiC-Modulen bietet ROHM auch eine Gate-Treiberplatine an, die eine schnelle und einfache Evaluierung ermöglicht.
Sortiment an SiC-Netzteilmodulen
Terminologie
• Induktivität: Die elektromotorische Kraft, die durch elektromagnetische Induktion bei Stromänderungen erzeugt wird.
• Transiente Überspannung: Eine kurzzeitig auftretende Spannungsschwankung in einem Stromkreis mit konstantem Stromfluss. In diesem Fall bezieht sie sich speziell auf die Spannung, die beim Abschalten des MOSFET entsteht.
• IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor): Ein Bipolartransistor mit einem integrierten MOSFET im Gate.
• MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor): Die am häufigsten verwendete Struktur in FETs, oft als Schaltelement.
• Schottky-Diode: Eine Diode mit Gleichrichtercharakteristik durch eine Schottky-Barriere an der Metall-Halbleiter-Grenzfläche. Das Fehlen von Minoritätsträgern ermöglicht höhere Schaltgeschwindigkeiten.
