SiC-MOSFET-Treiber 6% höherer Wirkungsgrad in AC/DC-Wandlern durch SiC

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Mit einem Ansteuer-IC von ROHM ist es nun möglich, SiC-MOSFETS in AC/DC-Wandlern zu nutzen. Dazu hat der Controller eine optimierte Gate-Treiberschaltung. Engineering Samples sind jetzt erhältlich.

Der neue Baustein mit der Bezeichnung BD7682FJ-LB ermöglicht die einfache Realisierung von AC/DC-Wandlern mit Verwendung eines SiC-MOSFET, verspricht der Hersteller. Bisher war aufgrund der großen Anzahl benötigter Bauelemente die diskrete Implementierung von AC/DC-Wandlern generell schwierig.

Um auch der geforderten Miniaturisierung zu entsprechen, entwickelte ROHM mit den jüngsten Produkten eine hochintegrierte Lösung. Diese unterstützt jetzt den Einsatz von SiC-Leistungshalbleitern.

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Verglichen mit den Silizium-MOSFETs konventioneller AC/DC-Wandler ermöglichen SiC-MOSFETs eine bis zu 6% höhere Energieeffizienz. Hinzu kommt, dass bei Netzteilen der 50-W-Klasse keine Komponenten zur Kühlung benötigt werden, wodurch deutlich kompaktere Systeme möglich sind.

Zu den Merkmalen des Chip BD7682FJ-LB gehören mehrere Schutzfunktionen, die den Einsatz an Spannungen bis zu 690 VAC erlauben. Die Bauelemente zielen deshalb besonders auf allgemeines industrielles Equipment.

In den letzten Jahren ist auch im industriellen Bereich speziell bei Anlagen mit hohen Betriebsspannungen, ein zunehmender Trend zum Energiesparen zu beobachten. Unter anderem werden hierfür Leistungshalbleiter und Stromversorgungs-ICs eingesetzt. Unter diesen Bauelementen dürften SiC-Leistungshalbleiter gegenüber den Silizium-Lösungen an Bedeutung gewinnen, da sie eine höhere Spannungsfestigkeit besitzen, größere Energieeinsparungen ermöglichen und kompakter sind.

Controller-ICs mit integriertem SiC-MOSFET

Bis dato gab es jedoch speziell im Bereich der AC/DC-Wandler keinen Controller-Baustein, der die Performance-Vorteile von SiC-MOSFETs hinreichend ausschöpfen konnte. Bei der Schaltungsentwicklung gab es zahlreichen Probleme hinsichtlich der auftretenden Verlustleistung und der Stabilität von Hochleistungsanwendungen. Um diese Situation zu verbessern und der Nachfrage nach geeigneten Bauteilen zu entsprechen, nutzte ROHM seine Analogtechnologie zusammen mit seinem Wissen im Bereich der SiC-Leistungshalbleiter zur Entwicklung des industrieweit ersten Controllerbausteins für AC/DC-Wandler. Weitere Controller-ICs mit integriertem SiC-MOSFET sollen folgen.

Schutzschaltungen für den Hochspannungsbetrieb

Der BD7682FJ-LB enthält eine für das Ansteuern von SiC-MOSFETs optimierte Gate-Treiberschaltung. Ein quasi-resonantes System sorgt gegenüber konventionellen PWM-Methoden für geringeres Rauschen und höhere Effizienz. Hierdurch lassen sich die Performance-Vorteile von SiC-MOSFETs in AC/DC-Wandlern bestmöglich ausschöpfen, um eine signifikante Energieeinsparung zu erzielen.

Im Unterschied zu konventionellen Silizium-MOSFETs werden bei der Verwendung von SiC-MOSFETs in AC/DC-Wandlern keine Kühler benötigt, sodass sich unter dem Strich kleinere und leichtere AC/DC-Wandler konstruieren lassen. Wegen der zusätzlichen Eignung für höhere Schaltfrequenzen bis120 kHz ergeben sich neue Einsatzmöglichkeiten, während sich der Wirkungsgrad verbessert.

Schließlich machen verschiedene Schutzschaltungen den Hochspannungs-Betrieb in AC/DC-Wandlern mit bis zu 690 VAC möglich – ideale Voraussetzungen für industrielle Anwendungen mit 400 VAC Betriebsspannung. Für den Versorgungsspannungs-Anschluss ist ein Überspannungsschutz vorhanden, für den Eingangsspannungs-Pin außerdem ein Schutz gegen zu niedrige Spannungen. Hinzu kommen ein Überstrom- und ein sekundärer Überspannungsschutz, was den Dauerbetrieb in industriellen Anlagen zulässt und gleichzeitig die Zuverlässigkeit entscheidend verbessert.

SiC-MOSFETs bieten im Hochspannungsbereich eine ganze Reihe Vorteile gegenüber MOSFETs auf Siliziumbasis. Anzuführen sind unter anderem geringere Schalt- und Leitungsverluste, die Eignung für höhere Leistungen und die größere Beständigkeit gegen Temperaturlastwechsel. Diese Vorteile machen es möglich, die Effizienz von AC/DC-Wandlern zu verbessern, die Anzahl der Kühler zu reduzieren und die Betriebsfrequenz anzuheben, um kleinere Spulen und sonstige Bauteile verwenden zu können. Insgesamt resultiert all dies in größeren Energieeinsparungen, einem geringeren Bauteileaufwand und einer kleineren Montagefläche.

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