United SiC

Bild 6: SiC-Bausteine in einer brückenlosen Totem-Pole-PFC-Stufe. United SiC

Verbesserte Leistungseigenschaften

Frühere Schaltungen mit Si-MOSFETs führten aufgrund langsamer Schaltgeschwindigkeit der Body-Dioden zu  Einschränkungen. Ein Critical-Conduction-Modus war erforderlich, um den Schaltstrom am Ende jeder Leitungsperiode auf Null zu bringen. Dieser Betriebszustand mit variabler Frequenz erzeugte jedoch hohe Stromspitzen und eine entsprechend große Störaussendung (EMI). Mit Kaskoden-SiC-JFETs lässt sich der Continuous-Conduction-Modus weiter nutzen, und das mit verbessertem Wirkungsgrad, kleineren Induktivitäten und vereinfachten Filter- wie auch EMI-Anforderungen bei fester Betriebsfrequenz.

Der hohe Wirkungsgrad in Wandler-Primärkreisen ist mit ähnlichen Verbesserungen bei der Gleichrichtung für die DC-Ausgänge erreichbar. SiC-Kaskoden lassen sich auch für die synchrone Gleichrichtung konfigurieren (Bild 7).

Beim Betrieb im dritten Quadranten fließt bei einigen Kaskoden über die Ausgangsinduktivität Strom von Source, um während der Forward- und Flywheel-Perioden von Eintakt- und Abwärtswandlern die Speicherdrossel zu laden. Der Stromfluss durch die Body-Diode bewirkt eine JFET-Gate-Source-Spannung von etwa +0,7 V, wodurch der JFET durchschaltet. Ist das Kaskoden-Gate auf High eingestellt, leitet der interne Si-MOSFET-Kanal – und der gesamte Durchlasswiderstand wird zum RDS(on) der Kaskode, was entsprechend geringere Leitungsverluste bedeutet. Q1 in Bild 7 bildet den Flywheel-Gleichrichter und Q2 den Eintakt-Gleichrichter.

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Bild 7: SiC-Kaskoden in synchroner Gleichrichtung. United SiC

Kaskoden-SiC-JFET schlichtweg unkaputtbar

In hochleistungsfähigen Anwendungen kommt es vor allem auf Robustheit bei transientenbedingten Kurzschlüssen und Überspannungen an. Ein Kaskoden-SiC-JFET weist in dieser Hinsicht ausgezeichnete Eigenschaften auf, wobei der Abschalteffekt den Sättigungsstrom durch seinen negativen Temperaturkoeffizienten begrenzt.

Bei Überspannungen leitet die SiC-JFET-Gate-Drain-Diode, was einen Stromfluss im integrierten Gate-Widerstand bewirkt, den JFET-Kanal einschaltet und damit die Überspannung begrenzt. Auch bietet die hohe Temperaturbeständigkeit von SiC-Halbleitern einen Sicherheitsspielraum bei hohen Lawinenenergieniveaus – selbst bei relativ kleinen Formfaktoren.

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