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Dynamische SiC-Treiber

Herausforderungen an Gate-Treiber für effiziente SiC-Umrichter

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Anbieter zum Thema

SEMIKRON International GmbH
FAULHABER Antriebssysteme
MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Neue Wege der Entwärmung

Heute verfügbare SiC-Module limitieren oft aufgrund dieser interner Streuinduktivitäten die maximalen Stromsteilheiten und damit die Schaltfrequenz bis ca. 100 kHz. Für die Treiberelektronik ist zu berücksichtigen, dass die Gate-Kapazität von SiC-MOSFETs vergleichbar mit den Si-IGBTs-Kapazitäten ist. Der notwendige Ansteuerstrom für die Leistungsschalter ergibt sich aus dem Produkt von Gate-Kapzität und Schaltfrequenz. Somit bedeutet eine Erhöhung der Schaltfrequenz von einem SI-IGBT-300A-Modul mit 10 kHz auf ein SiC-Modul mit 50 kHz eine Steigerung der notwendigen Ansteuerleistung um 400%.

Diese Mehrleistung erfordert neue Wege in der Entwärmung und der effizienten Ansteuerung, um dem Trend der Leistungsdichtesteigerung auf Modulebene nicht durch eine Verdoppelung der notwendigen Ansteuerelektronikgröße zu zerstören.

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Schließlich werden die elektromagnetischen Einflüsse auf die Ansteuerelektronik aufgrund der höheren Spannungs- und Stromsteilheiten und der kompakteren Umrichteraufbauten signifikant höher. Damit bei diesem Trend die sichere Signalverarbeitung und damit die Systemrobustheit nicht auf der Strecke bleibt, müssen neue Wege in der EMV-Optimierung gegangen werden. Die Ansteuerelektronik sollte für eine du/dt-Festigkeit von 100 kV/µs und einen störungsfreien Betrieb bei 30 V/m gestrahlter Strahlung ausgelegt werden.

Differentielle Schnittstellen werden ab einer gewissen Schaltfrequenz zur Mussforderung. Die konstruktiv optimierten Signaltransformatoren der SKYPER-Familie mit Segmentwicklung und besonderem Isolationsmaterial erreichen eine geringe Koppelkapazität und die Signalübertragung erfolgt durch Rechtecksignale. Durch neuartige Schirmung und optimierter Filter- und Massekonzepte arbeitet die SKYPER-Ansteuerelektronik auch sicher in hochintegrierten SiC-Umrichtern.

SEMIKRON bietet mit SKYPER 12 und SKYPER 42LJ effiziente SiC-Treiber mit Adapterplatinen für 17-mm-, 62-mm- sowie für MiniSKiiP-Module. Hier kann durch die Leiterplattenintegration auch eine höchst niederinduktive Zwischenkreisanbindung realisiert werden. Die SKYPER-Familie gewährleistet mit einer EMV von 7 kV Burst-Festigkeit und der Zuverlässigkeit von 8 Millionen Stunden durch IC-Integration einen stabilen Feldeinsatz. Die separate Softoff-Ausgangsstufe, das zuverlässige Gate Clamping und die genaue Gate-Spannungsregelung schalten SiC-MOSFETs sicher in jeder Situation. Schließlich erfüllen die schnelle VDS-Erfassung und das einstellbare Filter-Management auch die Forderungen an Dynamik und bieten eine effiziente SiC-Ansteuerung bis 100 kHz.

SEMIKRON entwickelte auf allen Integrationsstufen geeignete SiC-Lösungen: Von effizienten Hybrid-SiC-Modulen bis zu Voll-SiC-Lösungen und hochintegrierten SiC-Stacks. Damit ist ein schneller und sicherer Start in die SiC-Technologie möglich.

* Johannes Krapp ist Senior Manager Product Management Electronics bei SEMIKRON, Nürnberg.

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