ROHM a annoncé le développement de modules d'alimentation 1200V 400A/600A entièrement en SiC [BSM400D12P3G002/ BSM600D12P3G001] et optimisés pour les onduleurs et les convertisseurs dans les conditionneurs d'énergie solaire, les UPS et les alimentations pour équipements industriels.Le BSM600D12P3G001 atteint un courant nominal de 600 A grâce à un nouveau boîtier doté d'une structure interne originale et d'une conception optimisée pour la dissipation thermique, destiné aux applications haute puissance telles que les alimentations industrielles de grande envergure. De plus, les pertes de commutation sont réduites de 64 % (à une température de puce de 150 °C) par rapport aux modules IGBT de même courant nominal, ce qui se traduit par des économies d'énergie significatives. La taille réduite des composants périphériques et la fréquence de fonctionnement élevée amplifient les effets de la réduction des pertes de commutation à hautes fréquences, contribuant ainsi à la miniaturisation des systèmes de refroidissement et autres. Par exemple, d'après des calculs préliminaires basés sur des simulations de pertes du système de refroidissement, l'utilisation de modules SiC permet de réduire la taille des dissipateurs thermiques à eau jusqu'à 88 %* par rapport aux modules IGBT équivalents.
Ces dernières années, le carbure de silicium (SiC) a connu une adoption croissante sur de nombreux marchés, notamment dans les secteurs automobile et industriel, grâce à ses performances supérieures en matière d'économie d'énergie et à la demande de produits capables de supporter des courants plus élevés. Cependant, pour exploiter pleinement les caractéristiques de commutation à haute vitesse du SiC,
en particulier dans les produits à courant élevé tels que les modules de puissance, un nouveau boîtier est nécessaire afin d'éliminer les surtensions transitoires lors de la commutation.
En mars 2012, ROHM est devenue la première entreprise au monde à produire en série des modules de puissance entièrement en SiC, grâce à l'intégration de semi-conducteurs de puissance composés exclusivement de carbure de silicium. Depuis, nous avons développé des produits haute puissance jusqu'à 1 200 V/300 A, utilisés dans de nombreux secteurs. Ces nouveaux modules bénéficient d'un boîtier innovant qui élargit notre gamme de modules SiC à la plage de courant de 100 A à 600 A, répondant ainsi à la demande croissante du marché des IGBT.
Produit 1200 V/600 A, commande par onduleur PWM, fréquence de commutation de 20 kHz, épaisseur de graisse thermique inférieure à 40 µm, spécifications du dissipateur thermique issues de produits disponibles sur le marché, autres conditions de température, etc. identiques.
Caractéristiques principales :
1. Réduction des pertes de commutation pour une consommation d'énergie accrue.
Les modules d'alimentation entièrement en SiC, équipés de diodes Schottky et de MOSFET SiC ROHM, réduisent les pertes de commutation de 64 % (à une température de puce de 150 °C) par rapport aux IGBT de même courant. Ceci minimise les pertes de conversion de puissance et contribue aux économies d'énergie.
2. La commande haute fréquence réduit la taille des composants périphériques.
Des simulations de pertes réalisées avec une commande par onduleur MLI ont montré une réduction de 30 % à 5 kHz et une réduction encore plus importante de 55 % des pertes totales avec la MLI à 20 kHz, par rapport à des modules IGBT équivalents. À 20 kHz, la taille du dissipateur thermique peut être réduite jusqu'à 88 %. La commande haute fréquence permet également l'utilisation de composants passifs plus petits.
Défis technologiques pour l'obtention de courants plus élevés :
1. Réduction de l'inductance du boîtier.
L'augmentation du courant des modules d'alimentation accroît également les surtensions transitoires lors de la commutation, ce qui impose de minimiser l'inductance du boîtier. Cependant, grâce à l'optimisation du placement interne du composant SiC, ainsi que de la configuration des bornes et du routage des connexions, ROHM parvient à réduire l'inductance interne de 23 % par rapport aux produits conventionnels. Le nouveau boîtier de type G de ROHM élimine les surtensions transitoires de 27 % pour un niveau de pertes équivalent à celui des boîtiers standard, permettant ainsi le développement de modules de 400 A et 600 A. De plus, ce nouveau boîtier réduit les pertes de commutation de 24 % dans les mêmes conditions de contrôle des surtensions transitoires.
2. Dissipation thermique améliorée dans le boîtier :
Pour atteindre un courant nominal de 600 A, il est nécessaire de réduire non seulement l’inductance interne, mais aussi la chaleur générée. Grâce à une planéité améliorée de la plaque de base, qui contribue significativement à la dissipation thermique du module, ROHM a pu diminuer de 57 % la résistance thermique entre le système de refroidissement et la carte mère du client.
Outre les modules SiC, ROHM propose également une carte de commande de grille permettant une évaluation rapide et facile.
Gamme de modules d'alimentation SiC
Terminologie
• Inductance : Force électromotrice générée par induction électromagnétique lors d'une variation de courant.
• Surtension transitoire : Tension fluctuant instantanément dans un circuit où le courant circule en continu. Dans ce cas précis, il s'agit de la tension générée lors de la coupure d'un MOSFET.
• IGBT (Transistor bipolaire à grille isolée) : Transistor bipolaire intégrant un MOSFET dans sa grille.
• MOSFET (Transistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur) : Structure la plus couramment utilisée dans les transistors à effet de champ, souvent comme élément de commutation.
• Diode Schottky : Diode présentant des caractéristiques de redressement grâce à la barrière Schottky formée par la jonction métal-semiconducteur. L'absence de porteurs minoritaires permet d'obtenir une vitesse de conduction plus élevée.
