Bild 2: Wirkungsgradzuwachs bei Einsatz von Q-Speed-Dioden anstelle von Ultra-Fast-Modellen bei einem PFC-Netzteil mit 110 V Eingangsspannung und 840 W Ausgangsleistung.

Bild 2: Wirkungsgradzuwachs bei Einsatz von Q-Speed-Dioden anstelle von Ultra-Fast-Modellen bei einem PFC-Netzteil mit 110 V Eingangsspannung und 840 W Ausgangsleistung. Hy-Line Power

Geschwindigkeit ist nicht alles

Power Integrations (Vertrieb durch Hy-Line Power Components) bietet unter anderem die effizienten Q-Speed-Dioden für PFC-Applikationen an. Diese Dioden in herkömmlicher Siliziumtechnik liefern bei Durchlassspannung, Sperrspannung und -strom sowie bezüglich Geschwindigkeit die Werte von vergleichsweise teureren SiC-Dioden, sind jedoch nur marginal teurer als gewöhnliche Silizium-High-Speed- oder Ultra-Fast-Dioden.

Da die Q-Speed-Dioden dank Soft Recovery geringere Funkstörungen verursachen als herkömmliche, hart schaltende Silizium-Ultra-Fast-Dioden mit Platin-Dotierung, eignen sie sich hervorragend für die PFC-Applikation direkt am Stromnetz, wo sich sonst jede Art von Funkstörungen durch harte Schaltflanken sofort ausbreitet. Somit können Komponenten zur Funkentstörung entfallen, die ihrerseits den Wirkungsgrad verringern und zusätzliche Kosten verursachen.

Im Vergleich zu konventionellen Silizium-Ultra-Fast-Modellen erreichen Q-Speed-Dioden in PFC-Schaltungen einen bis zu fünf Prozent höheren Wirkungsgrad (Bild 2), sorgen durch geringere Reverse-Charging-Kapazitäten für eine Temperaturreduktion der MOSFETs von 5 bis 20 K und liefern bessere EMV-Werte. Mit kleiner dimensionierten MOSFETs bleiben die Gesamtkosten trotz gestiegener Energieffizienz gleich oder sinken sogar, da sich auch der Aufwand bei der Filterung verringert. Der Wirkungsgrad eines solchen Netzteils mit PFC steigt um fast ein Prozent an.

Die richtigen Dimensionen wählen

Bild 3: Vergleich der Rückwärts-Erholzeiten von Qspeed- (magenta) und Ultra-Fast-Dioden (schwarz).

Bild 3: Vergleich der Rückwärts-Erholzeiten von Q-Speed- (magenta) und Ultra-Fast-Dioden (schwarz). Hy-Line Power

Q-Speed-Dioden sind aktuell bis 600 V / 20 A sowie 300 V / 30 A erhältlich. Die Ausführung als Zweifach-Dioden mit gemeinsamer Kathode vereinfacht die Montage an Kühlflächen. Es ist jedoch nicht sinnvoll, die Diode sicherheitshalber ein oder zwei Nummern größer zu dimensionieren als nötig. Dioden mit höheren Spannungs- oder Stromfestigkeiten müssen beim Umpolen der Spannung eine größere Ladung abbauen, wodurch die Effizienz der Schaltung sinkt und die Kosten unnötig ansteigen (Bild 3). Als Faustregel zur richtigen Dimensionierung empfiehlt der Hersteller etwa 1 A pro 100 W Netzteilleistung.

Einige Bauteileigenschaften von Siliziumdioden arbeiten jedoch gegeneinander: Eine stärkere Erhitzung der Halbleiter bei der Dotierung begünstigt die Diffusion der Dotanden, wodurch die Durchlassspannung sinkt, dafür jedoch QRR steigt. Q-Speed-Dioden sind jedoch auf einen geringen QRR-Wert optimiert. Die X-Serie hat die geringsten Durchlassverluste, also eine geringe Vorwärtsspannung, die H-Serie ist besonders schnell und zeigt damit die geringsten Schaltverluste und die Q-Serie schaltet besonders sanft und zeigt damit das günstigste EMV-Verhalten.

 

Was das Geheimnis der Q-Speed-Technologie ist, erfahren Sie auf der nächsten Seite.

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