Vereinfachtes Design-in von SiC-Leistungsmodulen

Der größere Bandabstand von SiC-Halbleitern lässt höhere Betriebstemperaturen von bis zu 200 °C zu, was die Anforderungen an die Kühlung vereinfacht. Auch Schaltverluste und On-Widerstand reduzieren sich, was wiederum die Effizienz und damit auch das Wärmemanagement verbessert. Weitere Vorteile sind die einfache Ansteuerung und die schnelle robuste Intrinsic-Bodydiode.

Breites Angebot an SiC-MOSFET-Modulen

Microsemi verfügt über ein sehr breites Angebot an verschiedenen SiC-MOSFETs für 700 und 1200 V sowie an vollständig mit SiC-MOSFETs versehenen Modulen in vielen elektrischen Konfigurationen. Mögliche Gehäuseformen reichen vom SOT 227/Isotop bis zum SP6 P. Es gibt Leistungsmodule mit SiC-Schottkydioden sowie MOSFET- und Coolmos-Powermodule mit SiC-Diode in den Konfigurationen Single Switch mit den Serien Fred und Parallel-SiC-Diode (für 700 V/bis 480 A/6 mΩ und 1200 V/bis 293 A/10 mΩ), als Chopper (Boost für 700 V/bis 86 A/35 mΩ und 1200 V/bis 103 A/28 mΩ beziehungsweise Buck für 700 V/bis 86 A/3 mΩ und 1200 V/bis 103 A/28 mΩ), als Phase-Leg mit den Serien Fred und Parallel-SiC-Diode, als Vollbrücke mit den Serien Fred und Parallel-SiC-Diode sowie als Triple-Phase-Leg. In allen Modulen ist ein NTC integriert, lediglich beim Choppermodul ist der NTC optional.

Die Phase-Leg-Module für 700 V/1200 V gibt es zum Beispiel in den Gehäuseformen SP1, SP3, SP6 und D3. Zur Verfügung stehen sie für 700 V/bis 512 A /6 mΩ und 1200 V/bis 257 A/6 mΩ. Die Vollbrücke für 700 V/1200 V wird im SP3-Gehäuse angeboten für Ströme bis 97 beziehungsweise 59 A. Für Dreiphasenapplikationen mit 700 V/1200 V eignen sich die Bauteile im SP6P-Gehäuse. Diese sind ausgelegt für Ströme bis 356 beziehungsweise 596 A. Speziell für Drei-Phasenbrücken in Sternschaltung mit geringem Platzangebot gibt es mit dem SP3-Gehäuse eine besonders kleine Variante in dieser Konfiguration. Zu den Anwendungsbereichen dieser Module zählen Schweißgeräte, Schaltnetzteile, USVs, Motorsteuerungen und andere Leistungsanwendungen.

Neu ist die Dreiphasenbrücke APTSM70TAM60T3AG im SP3F für 700 V/61 A. Weitere definierte Module in Phase-Leg-Konfiguration sind: APTSM120AM55CT1AG im SP1 für 1200 V/50 A mit einem R_DS(on) von 50 mΩ (Bild 1) und APTSM120AM55T1AG im SP1 für 1200 V/70 A und einem R_DS(on) von 50 mΩ. In Triple-Phase-Leg-Konfiguration ist unter anderem der APTSM120TAM33CPAG im SP6P-Gehäuse im Angebot für 1200 V/89 A und mit einem R_DS(on) von 33 mΩ.

Einfache Evaluation durch SiC-MOSFET-Treiberboards

Das in Bild 1 gezeigte SiC-MOSFET-Treiberboard vereinfacht die Evaluation der SiC-MOSFET-Module beim Kunden. Es unterstützt aber auch diskrete SiC-MOSFETs, ist komplett aufgebaut und verringert Kosten und Komplexität der endgültigen Gatetreiber in der Applikation.

Das Evaluationboard unterstützt SiC-MOSFET-Module bis 1700 V von Microsemi und anderen Herstellern. Auf dem Board kommt das Treiber-IC TLP5214 von Toshiba zum Einsatz, ein weit verbreiteter voll isolierter Gatetreiber (bis 2000 V Isolation). Von -5 V bis +20 V (+20 V einstellbar um ±15 %) reicht die Treiberfähigkeit.

Das voll isolierte Board misst 76,2 mm × 76,2 mm, arbeitet an 24 V, ist kaskadierbar und unterstützt bis zu sechs Module. Es verfügt über Kurzschlussschutz, sanftes MOSFET-Ausschalten und separate Gatewiderstände für Ein- und Ausschalten. Entsprechend den Anforderungen an den Gatespitzenstrom kann der Gate-Treiberbufferverstärker enabled oder disabled werden. Die Steuerung des MOSFET-Treiberboards erfolgt über Logikpegel (TTL, CMOS 3,3 V, CMOS 5,0 V), über die seriellen Schnittstellen RS422/RS485 oder über Optokoppler. Weiterhin hat das Board eine hohe Gleichtakt-Transienten-Immunität (CMTI) von >35 kV/μs.

Weitere wesentliche Merkmale sind:

• Gatestrom (Spitze):
  • 30 A wenn Bufferverstärker enabled
  • 4 A wenn Bufferverstärker disabled
• Gateansteuerung mit -5 bis +20 V, bis 20 W
  (+20 V einstellbar ± 15 %)
• Es besteht die Möglichkeit, 2000-nC-Module zu treiben mit >400 kHz (>20 W).
  

Das SiC-MOSFET-Modul-Treiberboard ist bei Eurocomp Elektronik erhältlich.

(ah)