ROHM ha annunciato lo sviluppo di moduli di alimentazione da 1200 V 400 A/600 A realizzati interamente in SiC [BSM400D12P3G002/ BSM600D12P3G001] e ottimizzati per inverter e convertitori in condizionatori di energia solare, UPS e alimentatori per apparecchiature industriali.Il BSM600D12P3G001 raggiunge una corrente nominale di 600 A grazie a un nuovo package con una struttura interna originale e un design ottimizzato per la dissipazione del calore, ideale per applicazioni ad alta potenza come gli alimentatori di grandi dimensioni per apparecchiature industriali. Inoltre, le perdite di commutazione sono ridotte del 64% (a una temperatura del chip di 150 °C) rispetto ai moduli IGBT con la stessa corrente nominale, con conseguente significativo risparmio energetico. Le dimensioni ridotte dei componenti periferici e l'elevata frequenza operativa amplificano gli effetti della riduzione delle perdite di commutazione alle alte frequenze, contribuendo così alla miniaturizzazione dei sistemi di raffreddamento e di altri componenti. Ad esempio, in base a calcoli preliminari che utilizzano simulazioni delle perdite del sistema di raffreddamento, l'adozione di moduli in SiC può ridurre le dimensioni dei dissipatori di calore a liquido fino all'88%* rispetto a moduli IGBT equivalenti.
Negli ultimi anni, il SiC ha visto una crescente adozione in un numero sempre maggiore di mercati, come quelli automobilistico e industriale, grazie alle sue prestazioni superiori in termini di risparmio energetico e alla domanda di prodotti in grado di gestire correnti più elevate. Tuttavia, per massimizzare le caratteristiche di commutazione ad alta velocità del SiC,
soprattutto in prodotti ad alta corrente come i moduli di potenza, è necessario un nuovo tipo di package per eliminare le sovratensioni transitorie durante la commutazione.
Nel marzo 2012, ROHM è diventata la prima azienda al mondo a produrre in serie moduli di potenza interamente in SiC, integrando semiconduttori di potenza composti esclusivamente da carburo di silicio. Da allora, abbiamo sviluppato prodotti ad alta potenza fino a 1200 V/300 A, che sono stati adottati in diversi settori. Questi nuovi moduli utilizzano un package di nuova concezione che amplia la nostra gamma di moduli SiC per coprire l'importante intervallo di corrente da 100 A a 600 A, soddisfacendo così la crescente domanda nel mercato degli IGBT.
*Prodotto da 1200 V/600 A, controllo inverter PWM, frequenza di commutazione 20 kHz, spessore della pasta termica inferiore a 40 µm, specifiche del dissipatore di calore ottenute da prodotti disponibili sul mercato, altre condizioni di temperatura, ecc. sono le stesse.
Caratteristiche principali
1. La riduzione delle perdite di commutazione aumenta il risparmio energetico.
I moduli di alimentazione realizzati interamente in SiC e dotati di diodi Schottky ROHM e MOSFET in SiC riducono le perdite di commutazione del 64% (a una temperatura del chip di 150 °C) rispetto agli IGBT della stessa corrente. Ciò minimizza le perdite di conversione di potenza nelle applicazioni e contribuisce al risparmio energetico.
2. Il controllo ad alta frequenza riduce le dimensioni dei componenti periferici.
Le simulazioni delle perdite effettuate con il controllo tramite inverter PWM hanno evidenziato una riduzione del 30% a 5 kHz e una riduzione ancora più sostanziale del 55% delle perdite totali con PWM a 20 kHz rispetto a moduli IGBT equivalenti. A 20 kHz, le dimensioni del dissipatore di calore possono essere ridotte fino all'88%. Il controllo ad alta frequenza consente inoltre l'utilizzo di componenti passivi di dimensioni inferiori.
Sfide tecnologiche per ottenere correnti più elevate
1. Riduzione dell'induttanza del package
L'elevata corrente dei moduli di alimentazione aumenta anche le sovratensioni transitorie durante la commutazione, il che rende necessario minimizzare l'induttanza del package. Tuttavia, ottimizzando il posizionamento interno del dispositivo SiC, insieme alla configurazione dei terminali e al percorso di connessione, ROHM ci consente di ridurre l'induttanza interna del 23% rispetto ai prodotti convenzionali. Il nuovo package di tipo G di ROHM elimina le sovratensioni transitorie del 27% a parità di perdite rispetto ai package standard, consentendo così lo sviluppo di moduli da 400 A e 600 A. Inoltre, questo nuovo package riduce le perdite di commutazione del 24% a parità di condizioni di controllo delle sovratensioni transitorie.
2. Dissipazione del calore migliorata nel package:
Per raggiungere una corrente nominale di 600 A, è necessario ridurre non solo l'induttanza interna, ma anche il calore generato. Grazie alla maggiore planarità della sezione della piastra di base, che contribuisce significativamente alla dissipazione del calore dal modulo, ROHM è riuscita a ridurre del 57% la resistenza termica tra il meccanismo di raffreddamento e la scheda madre del cliente.
Insieme ai moduli SiC, ROHM offre anche una scheda driver gate che consente una valutazione rapida e semplice.
Gamma di moduli di alimentazione SiC
Terminologia
• Induttanza: la quantità di forza elettromotrice generata dall'induzione elettromagnetica quando il flusso di corrente cambia.
• Sovratensione transitoria: una tensione che fluttua istantaneamente in un circuito in cui l'elettricità scorre in modo costante. In questo caso, si riferisce specificamente alla tensione generata quando il MOSFET si spegne.
• IGBT (Transistor bipolare a gate isolato): un transistor bipolare che incorpora un MOSFET nel gate.
• MOSFET (Transistor a effetto di campo a semiconduttore a ossido di metallo): la struttura più comunemente utilizzata nei FET, spesso come elemento di commutazione.
• Diodo Schottky: un tipo di diodo che fornisce caratteristiche di rettificazione adottando una barriera Schottky formata da una giunzione metallo-semiconduttore. L'assenza di portatori minoritari si traduce in una maggiore velocità.
