Effizient und kostengünstig Normen erfüllen

ST: Leistungshalbleiter für Stromversorgungen

07. August 2014, 10:31 Uhr   |  Engelbert Hopf


Fortsetzung des Artikels von Teil 1 .

1200-V-IGBTs für Photovoltaik-Wechselrichter und USVs

1200-V-IGBT, STMicroelectronics
© STMicroelectronics

Neben um bis zu 15 Prozent geringeren Abschaltverlusten und um bis zu 30 Prozent reduzierten Einschaltverlusten gegenüber herkömmlichen Lösungen bieten diese 1200-V-IGBTs noch die Option einer integrierten antiparallelen Diode mit sehr kurzer Sperrverzögerungszeit.

Auf Applikationen im Bereich PV-Wechselrichter oder USVs zugeschnitten sind die jüngsten 1200-V-IGBTs von STMicroelectronics. Eine schnelle Trench-Gate-Field-Stop-Technologie der zweiten Generation nutzend, weisen die IGBTs der H-Serie um bis zu 15 Prozent geringere Abschaltverluste und um bis zu 30 Prozent reduzierte Einschaltverluste auf. Eine auf 2,1 V reduzierte Sättigungsspannung bürgt für minimale Gesamtverluste und ermöglicht so einen effizienten Betrieb bei Schaltfrequenzen über 20 kHz.Zusätzlich bieten die neuen 1200-V-IGBTs die Option einer integrierten antiparallelen Diode mit sehr kurzer Sperrverzögerungszeit. Zudem ermöglichen die IGBTs einen Betrieb ohne Latch-up-Effekte bis zum Vierfachen des Nennstroms und eine minimale Kurzschlusszeit von 5 µs (bei einer anfänglichen Sperrschichttemperatur von +150 °C). Ihre auf +175 °C angehobene maximale Sperrschichttemperatur im Betrieb verlängert die Nutzungsdauer und vereinfacht zudem die Kühlung der Systeme. Im TO-247-Gehäuse untergebracht, ist die Massenproduktion der neuen IGBTs inzwischen angelaufen.Als eines der ersten Unternehmen der Halbleiterbranche hat STMicroelectronics im Frühjahr dieses Jahres auch damit begonnen, 1200-V-SiC-MOSFETs zu kommerzialisieren. Nach einer ersten Bemusterungsphase läuft nun seit Juni die Serienproduktion der klimaschonenden Leistungshalbleiter. Damit können Stromversorgungsdesigner nun bei ihren Schaltungskonzepten auf ein Produkt zurückgreifen, mit dem sich die Energieeffizienz in Anwendungen wie PV-Wechselrichtern, Elektrofahrzeugen, Enterprise-Computing-Systemen oder auch in industriellen Antrieben deutlich verbessern lässt.STs SiC-MOSFET weist zudem die industrieweit höchste Temperaturbeständigkeit von +200 °C auf. Seine geringe Abschaltenergie und Gate-Ladung sorgen für effiziente und schnelle Schaltvorgänge. Ein Leckstrom von weniger als 10 µA verbessert die Energieeffizienz und Zuverlässigkeit des Systems gegenüber anderen Strukturen auf Basis desselben Werkstoffs. Durch die sehr schnelle und robuste Body-Diode kann der Entwickler auf eine externe Freilaufdiode verzichten, mit dem Vorteil der entsprechenden Kosten- und Größenreduzierung. Zusätzlich senkt die vereinfachte Gate-Ansteuerschaltung die Kosten für die Treiberschaltung.Als Ersatz von klassischen Hochspannungs-Silizium-IGBTs in PV-Invertern brauchen die SiC-MOSFETs nicht nur keine spezielle Treiberschaltung, sondern ermöglichen es den Entwicklern, durch die höheren Frequenzen, mit denen sie arbeiten, die übrigen Bauelemente kleiner zu wählen, wodurch sich nicht nur Platz und Kosten sparen lassen, sondern auch die Energieeffizienz verbessert wird.In Elektrofahrzeugen schließlich dürften SiC-Bauelemente in Zukunft die Energieeffizienz entscheidend steigern und außerdem die Größe der Traktionssysteme reduzieren. Die gegenüber herkömmlichen Silizium-Bauelementen und den SiC-MOSFETs der Wettbewerber verbesserte Temperaturfestigkeit der ST SiC-MOSFETs von +200 °C wird zudem das Design der Kühlsysteme in den Fahrzeugen vereinfachen.

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