A ROHM anunciou o desenvolvimento de módulos de alimentação de 1200V 400A/600A feitos inteiramente de SiC [BSM400D12P3G002/ BSM600D12P3G001] e optimizados para inversores e conversores em aparelhos de ar condicionado solar, UPS e fontes de alimentação para equipamentos industriais.O BSM600D12P3G001 atinge uma corrente nominal de 600 A graças a um novo encapsulamento com estrutura interna original e design otimizado de dissipação de calor para aplicações de alta potência, como fontes de alimentação de grande escala para equipamentos industriais. Além disso, as perdas de comutação são reduzidas em 64% (a uma temperatura do chip de 150 °C) em comparação com os módulos IGBT da mesma corrente nominal, resultando numa poupança de energia significativa. O tamanho reduzido dos componentes periféricos e a elevada frequência de funcionamento amplificam os efeitos da redução das perdas de comutação a frequências mais elevadas, contribuindo assim para a miniaturização do sistema de refrigeração e de outros sistemas. Por exemplo, com base em cálculos preliminares utilizando simulações de perdas em sistemas de refrigeração, a adoção de módulos de SiC pode reduzir o tamanho dos dissipadores de calor refrigerados a água até 88%* em comparação com os módulos IGBT equivalentes.
Nos últimos anos, o SiC tem sido cada vez mais adoptado num número crescente de mercados, como os sectores automóvel e industrial, devido ao seu desempenho superior em poupança de energia e à procura de produtos capazes de lidar com correntes mais elevadas. No entanto, para maximizar as características de comutação de alta velocidade do SiC
— especialmente em produtos de alta corrente, como os módulos de potência — é necessário um novo encapsulamento para eliminar as sobretensões transitórias durante a comutação.
Em março de 2012, a ROHM tornou-se a primeira empresa do mundo a produzir em massa módulos de potência feitos inteiramente de SiC, integrando semicondutores de potência compostos exclusivamente por carboneto de silício. Desde então, desenvolvemos produtos de alta potência até 1200V/300A, que foram adotados em diversos setores. Estes novos módulos utilizam um encapsulamento com um design inovador que alarga a nossa gama de módulos de SiC para abranger a importante gama de corrente de 100A a 600A, atendendo assim à crescente procura do mercado de IGBTs.
*Produto de 1200V/600A, controlo por inversor PWM, frequência de comutação de 20kHz, espessura da pasta térmica inferior a 40µm, especificações do dissipador de calor obtidas a partir de produtos disponíveis no mercado, outras condições de temperatura, etc., são as mesmas.
Principais características:
1. As perdas de comutação reduzidas aumentam a poupança de energia.
Os módulos de alimentação fabricados inteiramente em SiC e equipados com díodos Schottky e MOSFETs de SiC da ROHM reduzem as perdas de comutação em 64% (a uma temperatura do chip de 150 °C) em comparação com os IGBTs da mesma corrente. Isto minimiza as perdas de conversão de energia em aplicações e contribui para a poupança de energia.
2. O controlo de alta frequência reduz o tamanho dos componentes periféricos.
As simulações de perdas realizadas com o controlo do inversor PWM resultaram numa redução de 30% a 5 kHz e numa redução ainda mais substancial de 55% nas perdas totais com PWM a 20 kHz em comparação com os módulos IGBT equivalentes. A 20 kHz, o tamanho do dissipador de calor pode ser reduzido até 88%. O controlo de alta frequência também permite a utilização de componentes passivos mais pequenos.
Desafios Tecnológicos para Alcançar Correntes Mais Elevadas
1. Redução da Indutância do Pacote
A corrente mais elevada dos módulos de alimentação aumenta também as sobretensões transitórias durante a comutação, o que exige a minimização da indutância do pacote. No entanto, ao otimizar o posicionamento interno do dispositivo SiC, juntamente com a configuração dos terminais e o encaminhamento das ligações, a ROHM permite reduzir a indutância interna em 23% em comparação com os produtos convencionais. O novo pacote tipo G da ROHM elimina as sobretensões transitórias em 27% para o mesmo nível de perdas em comparação com os pacotes standard, possibilitando assim o desenvolvimento de módulos de 400A e 600A. Além disso, este novo pacote reduz as perdas de comutação em 24% para as mesmas condições de controlo de sobretensão transitória.
2.º Dissipação de calor melhorada no encapsulamento:
Para atingir uma corrente nominal de 600 A, é necessário reduzir não só a indutância interna, mas também o calor gerado. Graças à melhoria da planura da secção da placa de base, que contribui significativamente para a dissipação de calor do módulo, a ROHM conseguiu diminuir a resistência térmica entre o mecanismo de arrefecimento e a placa-mãe do cliente em 57%.
Juntamente com os módulos de SiC, a ROHM também oferece uma placa de driver de gate que permite uma avaliação rápida e fácil.
Gama de módulos de alimentação de SiC
Terminologia
• Indutância: A quantidade de força eletromotriz gerada pela indução eletromagnética quando a corrente elétrica varia.
• Sobretensão transitória: Uma tensão que flutua instantaneamente num circuito onde a eletricidade flui de forma constante. Neste caso, refere-se especificamente à tensão gerada quando o MOSFET desliga.
• IGBT (Transistor Bipolar de Porta Isolada): Um transístor bipolar que incorpora um MOSFET na porta.
• MOSFET (Metal-Óxido-Semicondutor Field Effect Transistor): A estrutura mais utilizada em FETs, frequentemente como elemento de comutação.
• Díodo Schottky: Um tipo de díodo que proporciona características de retificação ao adotar uma barreira Schottky formada por uma junção metal-semicondutor. A ausência de portadores minoritários resulta numa maior velocidade.
