Fortschritte in GaN und SiC für mehr Wirkungsgrad

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Toshiba: Drei Neuheiten für weniger Energieverbrauch

Für das Schalten hoher Leistungen, für Wechselrichter und Antriebssteuerungen zeigte Toshiba Electronics Europe auf der PCIM 2013 neue SiC-Hybrid-Power-Module. Etwa das Hybrid-n-Kanal-IEGT-Modul (IEGT steht für Injection-Enhanced Gate Transistor) mit integrierter SiC-Fast-Recovery-Diode.

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Das Halbbrücken-Modul MG1200V2YS71 mit den Nennwerten 1700 V und 1200 A eignet sich zum Schalten in industriellen Anwendungen, in der Bahntechnik, bei der Stromübertragung im Bereich erneuerbare Energien und in elektrischen Verteilersystemen. Das Modul enthält zwei Schalter (IEGT), von denen jeder seine eigene integrierte SiC-Diode enthält.

Die SiC-Diode sorgt für einen wesentlich geringeren Sperrverzögerungsstrom (Rückstrom) und entsprechend weniger Einschaltverluste. Im Vergleich zu einem Modul mit herkömmlicher Halbleiterdiode bietet das neue IPM einen um bis zu 97% geringeren Reverse-Recovery-Verlust. Der damit erzielte höhere Wirkungsgrad ermöglicht Toshiba, ein Kühlsystem zu verwenden, das wesentlich kleiner ist als bei den Vorgängermodellen. Hinzu kommt, dass sich durch die geringere Baugröße einiger Motorsteuerungsbauteile nun der Formfaktor um bis zu 40% verkleinern lässt.

Vierte Generation der DTMOS-IV-Bausteine

Die neuen TK16A60W5, TK31J60W5 und TK39J60W5 von Toshiba bieten eine wesentlich höhere Energieeffizienz, indem sie beste RDS(on)*A-Werte (Durchlasswiderstands-Fläche) und Reverse-Recovery-Zeiten kombinieren. Darüber hinaus sorgt ein Single-Epitaxie-Prozess für nur geringfügig höhere Durchlasswiderstände und Recovery-Zeiten bei hohen Temperaturen.

Der TK16A60W5 wird im TO-220SIS-Gehäuse ausgeliefert. Der maximale Nennstrom (I_D) ist 15,8 A und der RDS(on) beträgt 0,23 Ω. Die Diode bietet eine hervorragende Reverse-Recovery-Zeit (t_rr) von 100 ns. Zum Vergleich die t_rr des Standarttyps beträgt 280 ns.

Den TK31J60W5 und TK39J60W5 gibt es im TO-3P(N)-Gehäuse mit maximalem Nennstrom von 30,8 bzw. 38,8 A. Die maximalen RDS(on)-Werte (U_GS=10 V) betragen nur 0,099 bzw. 0,074 Ω. Die typischen t_rr-Diodenkennwerte sind 135 ns und 150 ns. Versionen im TO-247-Gehäuse sind ab Herbst 2013 erhältlich.

Super Junction MOSFETs bieten einen sehr geringen Durchlasswiderstand, ohne dabei die Verlustleistung zu erhöhen. Mit Toshibas Epitaxie-Prozess bietet die vierte Generation der Super-Junction-600-V-DTMOS-IV-MOSFET einen um 30% geringeren RDS(ON)*A-Wert im Vergleich zu den Vorgängerbausteinen DTMOS III. Ein kleinerer RDS(ON)*A-Wert ermöglicht, dass Chips mit geringerem Widerstand im gleichen Gehäuse untergebracht werden können. Damit erhöht sich der Wirkungsgrad und Netzteile werden kleiner.

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