Węglik krzemu kontra krzem
Od projektantów infrastruktury energetycznej nieustannie wymaga się zmniejszania emisji dwutlenku węgla, poprawy niezawodności, poprawy niezawodności i obniżania kosztów - rozwiązaniem może być skorzystanie z technologii węglika krzemu.
Ilustracja 1: Inteligentny moduł zasilania (IPM) NFL25065L4BT tworzy stopień korekcji współczynnika mocy z przeplotem z wykorzystaniem krzemowych tranzystorów IGBT czwartej generacji z węglikowo-krzemową diodą podwyższającą na wyjściu. (Źródło ilustracji: onsemi)
Ilustracja 2: Zintegrowany moduł zasilania NXH006P120MNF2PTG dostępny jest w obudowie F2 z wciskanymi wtykami. (Źródło ilustracji: onsemi)
Ilustracja 3: Węglikowo-krzemowa dioda Schottky'ego 1700V/25A NDSH25170A nie ma prądu regeneracji wstecznej, posiada doskonałe parametry termiczne i niezależną od temperatury charakterystykę przełączania. (Źródło ilustracji: onsemi)
Ilustracja 4: Tranzystor SiC MOSFET NTBG040N120SC1 firmy onsemi o znamionowym napięciu 1200V, natężeniu 60A i rezystancji 40mΩ jest oferowany w obudowie do montażu powierzchniowego D2PAK-7L. (Źródło ilustracji: onsemi)
Hybrydowe inteligentne moduły zasilania (IPM) wykonane z krzemu/węglika krzemu
Choć możliwe jest opracowanie rozwiązań przy użyciu urządzeń wykonanych tylko z węglika krzemu, czasami bardziej opłacalne jest stosowanie hybrydowych konstrukcji z krzemu i węglika krzemu (Si/SiC). Na przykład hybrydowy inteligentny moduł zasilania (IPM) NFL25065L4BT firmy onsemi łączy w sobie tranzystor bipolarny z izolowaną bramką (IGBT) czwartej generacji oraz węglikowo-krzemową diodę podwyższającą na wyjściu w celu utworzenia stopnia wejściowego z korekcją współczynnika mocy z przeplotem (PFC) dla zastosowań konsumenckich, przemysłowych i medycznych (ilustracja 1). Omawiany kompaktowy moduł IPM zawiera zoptymalizowany sterownik bramek dla tranzystorów IGBT do minimalizowania zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) i strat. Zintegrowane funkcje zabezpieczeń obejmują blokadę pracy przy zbyt niskim napięciu (UVLO), wyłącznik nadprądowy, monitorowanie temperatury i zgłaszanie usterek. Inne cechy urządzenia NFL25065L4BT:
- 600V/50A, dwufazowa korekcja współczynnika mocy (PFC) z przeplotem
- Optymalizacja pod kątem częstotliwości przełączania 20kHz
- Niski opór cieplny dzięki użyciu podłoża z miedzi z tlenkiem glinu (DBC)
- Wbudowany termistor o ujemnym współczynniku temperaturowym (NTC) do monitorowania temperatury
- Napięcie znamionowe izolacji: 2500Vrms/min
- Certyfikat UL
Węglikowo-krzemowe zintegrowane moduły zasilania (PIM)
Aby maksymalizować dostarczaną moc i jednocześnie zmniejszyć rozmiary rozwiązania na potrzeby falowników solarnych, stacji ładowania pojazdów elektrycznych i podobnych zastosowań, które mogą skorzystać ze zintegrowanych modułów zasilania (PIM) opartych na technologii węglikowo-krzemowej, projektanci mogą wykorzystać urządzenie NXH006P120MNF2PTG. Urządzenie to składa się z półmostka SiC MOSFET o rezystancji 6mΩ i napięciu 1200V oraz zintegrowanego termistora NTC w obudowie F2 (ilustracja 2). Dostępne warianty obudowy:
- Ze wstępnie nałożonym materiałem termoizolacyjnym (TIM) lub bez niego
- Wtyki lutowane lub wciskane
Omawiane inteligentne moduły zasilania (IPM) mają maksymalną temperaturę roboczą złącza wynoszącą 175°C i wymagają zewnętrznego sterowania i sterowników bramek. Opcjonalna technologia połączeń wciskanych, zwana również spawaniem na zimno, zapewnia niezawodne połączenie pomiędzy wtykami i otworami na płytce drukowanej. Połączenia wciskane zapewniają prostszy montaż bez lutowania i gwarantuje szczelne połączenie metal-metal o niskiej rezystancji.
Węglikowo-krzemowe diody Schottky’ego
Węglikowo-krzemowe diody Schottky'ego mogą być stosowane w połączeniu z inteligentnymi modułami zasilania (IPM) lub ze 100% dyskretnymi konstrukcjami, zapewniając lepsze parametry przełączania i większą niezawodność w porównaniu z diodami krzemowymi. Węglikowo-krzemowe diody Schottky'ego, na przykład NDSH25170A 1700V/25A, nie mają prądu regeneracji wstecznej, posiadają doskonałe parametry termiczne i niezależną od temperatury charakterystykę przełączania. Przekłada się to na wyższą wydajność, wyższą częstotliwość przełączania, większą gęstość mocy, mniejsze zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) i łatwość łączenia równoległego. Wszystko to przyczynia się do zmniejszenia rozmiarów i kosztów rozwiązania (ilustracja 3). Charakterystyka urządzenia NDSH25170A:
- Maksymalna temperatura złącza 175°C
- Znamionowa energia lawinowa 506mJ
- Jednorazowy prąd udarowy o natężeniu do 220A i powtarzalny prąd udarowy o natężeniu do 66A
- Dodatni współczynnik temperaturowy
- Brak regeneracji wstecznej i brak regeneracji w kierunku przewodzenia
- Kwalifikacja AEC-Q101 i zgodność z procesem PPAP
Dyskretne węglikowo-krzemowe tranzystory SiC MOSFET
Projektanci mogą łączyć dyskretne węglikowo-krzemowe diody Schottky'ego z węglikowo-krzemowymi tranzystorami MOSFET 1200V firmy onsemi, które mają również doskonałą charakterystykę przełączania, mniejszą rezystancję w stanie włączenia i większą niezawodność w porównaniu z urządzeniami krzemowymi. Niewielkie rozmiary struktury węglikowo-krzemowych tranzystorów SiC MOSFET zapewniają niską pojemność i ładunek bramki. W połączeniu z niską rezystancją w stanie włączenia, niższa pojemność i ładunek bramki zwiększają sprawność układu, umożliwiają szybsze przełączanie, zwiększają gęstość mocy, redukują zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) i umożliwiają osiągnięcie mniejszych rozmiarów rozwiązania. Na przykład urządzenie NTBG040N120SC1 ma znamionowe napięcie 1200V, natężenie 60A i jest dostarczane w obudowie do montażu powierzchniowego D2PAK-7L (ilustracja 4). Charakterystyka:
- Typowy ładunek bramki 106nC
- Typowa pojemność wyjściowa 139pF
- 100% próba lawinowa
- Praca przy temperaturze złącza 175°C
- Kwalifikacja AEC-Q101