gesponsertSmarte Technologien in der Leistungselektronik ROHM präsentiert Lösungen, die Leistungsbauelemente und analoge ICs optimal miteinander kombinieren

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ROHM Semiconductor GmbH

Der rasante Fortschritt smarter Technologien und der Automatisierung verändert verschiedene Sektoren, darunter die Automobilindustrie und den Industriebereich. Leistungshalbleiter und analoge ICs spielen dabei eine entscheidende Rolle. ROHM ist nicht nur branchenführend bei der Vermarktung von Hochleistungsbauelementen-, sondern bietet auch ICs, die deren Leistung maximieren können.

Leistungsbauelemente, die für die Leistungsumwandlung zuständig sind, sowie analoge ICs, die ihre Leistung maximieren, sind für den sicheren Betrieb von Stromversorgungssystemen entscheidend. Gleichzeitig kann die Auswahl der richtigen elektronischen Komponenten zu einem geringeren Stromverbrauch führen und ermöglichen das gesamte System deutlich zu verkleinern.

Da die Systeme jedoch immer komplexer werden, müssen die Elektronikhersteller andere Maßnahmen ergreifen als nur Komponenten zu liefern. Von ihnen wird erwartet, dass sie Unterstützung bei der Erreichung der gewünschten Ergebnisse bieten und gleichzeitig Lösungen vorschlagen, die den Entwicklungsprozess erleichtern.

Verbesserung der Systemleistung mit Leistungsgeräten und analogen ICs

SiC-Leistungsbauelemente erregen derzeit große Aufmerksamkeit im Bereich der Leistungselektronik. Ihr Einsatz in Elektrofahrzeugen und Rechenzentren ermöglicht die effiziente Nutzung von Energie mit minimalen Verlusten und trägt so zur Energieeinsparung bei. SiC-Leistungsbauelemente allein können jedoch nicht die erforderliche Funktionalität bieten. Sie müssen mit analogen ICs gepaart werden, um Aufgaben wie Leistungsumwandlung und Motorsteuerung zu erfüllen. Die Leistung auf Systemebene kann durch eine optimale Kombination dieser Komponenten - unter Berücksichtigung ihrer jeweiligen Eigenschaften - verbessert werden.

Doch nur wenige Unternehmen weltweit verfügen über die Ressourcen und das Know-how, um Leistungsbauelemente und analoge ICs als integrierte Lösung anzubieten. ROHM gehört zu diesen wenigen Anbietern.

Bereitstellung von SiC-Leistungsbauelementen in verschiedenen Formaten

ROHM hat früh die vorteilhaften Materialeigenschaften von SiC erkannt und viel Zeit und Ressourcen in die Forschung und Entwicklung investiert. Infolgedessen leistete ROHM im Jahr 2010 Pionierarbeit bei der Massenproduktion von SiC-Schottky-Barrier-Dioden (SBDs) und SiC-MOSFETs und war 2012 das erste Unternehmen der Branche, das komplette SiC-Leistungsmodule mit SiC-Leistungsbauelementen auf den Markt brachte. Damit war ROHM maßgeblich an der Markteinführung von SiC-Leistungsbauelementen in verschiedenen Formen, nicht nur Chips, sondern auch diskrete Bauelemente und Module beteiligt. Aufbauend auf diesen Leistungen brachte ROHM im Jahr 2020 SiC-MOSFETs der 4. Generation auf den Markt, die sich durch eine niedrigen Durchlasswiderstand auszeichnen.

Verknüpfung der 3 Säulen der IC-Entwicklung

ROHMs Weg in die IC-Entwicklung begann in den 1970er Jahren. Im Laufe der Jahre hat das Unternehmen eine breite Palette von IC-Produkten auf den Markt gebracht, um die Bedürfnisse der Kunden, vor allem im Bereich der Unterhaltungselektronik, zu erfüllen. ROHM setzt bei der IC-Entwicklung auf drei Schlüsseltechnologien. Die drei Säulen sind:

• Schaltungsdesign

• Layout

• Prozesse

ROHM bringt konstant innovative Produkte und Lösungen auf den Markt, die zahlreiche analoge Technologien nutzen. Sehen wir uns drei Beispiele an:

1. Leistungsbauelement + Gate-Treiber-IC

SiC-Leistungsbauelemente bieten zahlreiche Vorteile, wie z. B. Hochfrequenzbetrieb, niedriger Durchlasswiderstand und hohe Durchbruchspannung. Sie können jedoch nicht allein funktionieren und benötigen einen Gate-Treiber. Die Ansteuerung von SiC-Leistungsbauelementen ist aufgrund des erhöhten Risikos von Überspannungen während des Hochgeschwindigkeitsschaltens wesentlich schwieriger als bei herkömmlichen Si-Produkten.

ROHM bietet deshalb Gate-Treiber-ICs an, die speziell für SiC-Leistungsbauelemente entwickelt wurden. Diese ermöglichen es den Anwendern, die Leistung von SiC-Leistungsbauelementen zu maximieren und den Stromverbrauch zusammen mit der Gesamtgröße des Systems zu senken. Darüber hinaus können Designprobleme vermieden werden, was zu niedrigeren Designkosten und kürzeren Entwicklungszeiten führt.

2. AC-DC-Wandler mit integrietem SiC MOSFET

Herkömmliche AC-DC-Wandler, die in Hilfsstromversorgungen für Industrieanlagen eingesetzt werden, bestehen in der Regel aus 12 Komponenten, darunter Si-Leistungsbauelemente, Steuer-ICs und Kühlkörper. ROHM hat ein neuartiges Halbleiterprodukt auf den Markt gebracht, das ein SiC-Leistungsbauelement und eine für AC-DC-Wandler optimierte Steuerschaltung in einem einzigen Gehäuse kombiniert. Dies bietet zwei Hauptvorteile. Zum einen wird die Anzahl der Bauteile reduziert, was die Umwandlungseffizienz verbessert, und das Risiko eines Komponentenausfalls verringert. Zum anderen besteht die Möglichkeit, die Schalteigenschaften des SiC-Leistungs-MOSFETs voll auszunutzen und gleichzeitig potenzielle Probleme wie Überspannungen zu vermeiden.

3. Simulationswerkzeuge für elektronische Schaltungen mit SiC-MOSFETs und anderen Komponenten

Simulationswerkzeuge werden bei der Entwicklung von Leiterplatten mit Halbleitern immer wichtiger und sind daher ein unverzichtbarer Bestandteil des Prozesses. ROHM bietet ein Simulations-Tool mit dem Namen ROHM Solution Simulator an, auf das man über die Website zugreifen kann.

Mit diesem Tool können Benutzer das Verhalten und die Eigenschaften elektronischer Schaltungen analysieren, die aus SiC-MOSFETs und anderen Leistungsbauelementen sowie aus Treiber-ICs, Stromversorgungs-ICs und passiven Komponenten wie Shunt-Widerständen bestehen. Im Wesentlichen ermöglicht es eine einfache und genaue Batch-Verifizierung von Lösungsschaltungen, die der tatsächlichen Einsatzumgebung des Kunden sehr nahekommen. Durch die Verifizierung können Kunden potenzielle Probleme erkennen, bevor die eigentliche elektronische Schaltung zusammengebaut wird, so dass die notwendigen Maßnahmen frühzeitig ergriffen werden können. Dadurch wird der Entwicklungsaufwand reduziert und die Entwicklungszeit erheblich verkürzt.

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