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SiC-MOSFET-basierte Hilfsspannungsversorgung

Um zu zeigen, welche Leistung mit einer einfachen Hilfsversorgung auf Basis von SiC-MOSFETs erreicht werden kann, wurde ein Evaluation-Board entwickelt (Bild 4). Das Evaluation-Board misst 80 mm x 80 mm. In diesem Schaltungsbeispiel steuert der BD768xFJ-LB einen 1700-V-SiC-MOSFET (SCT2H12NZ) in einem quasiresonant schaltenden AC/DC-Wandler an.

Die quasiresonante Arbeitsweise des BD7682FJ ist in einer Applikationsschrift, die über die Website von Rohm bezogen werden kann, detailliert beschrieben.

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Bild 5 zeigt den Wirkungsgrad für verschiedene Eingangsspannungen über einen Lastbereich von bis zu 40 W und einer Ausgangsspannung von 12 V. Die Messungen bestätigen, dass die Gehäusetemperatur des SiC-MOSFETs unter 90 °C bleibt. Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur des SiC-MOSFETs beträgt 175 °C. Da der thermische Widerstand von Chip zu Gehäuse wesentlich geringer ist, als der von Gehäuse zu Umgebung, kann man in diesem Fall davon ausgehen, dass die Sperrschichttemperatur deutlich unter dem Grenzwert liegt. Dies bestätigt, dass der Betrieb dieses Boards ohne Kühlkörper mit einer Ausgangsleistung von bis zu 40 W möglich ist.

Während hier Messungen mit Gleichspannungen am Eingang gezeigt werden, ist es auch denkbar, das Evaluation-Board mit einem Drehstromnetz von 400/480 V zu betreiben. Die erforderliche Dioden-Brücke zur Gleichrichtung ist auf der Platine implementiert.

AC/DC-Wandler mit SiC-MOSFETs einfacher entwickeln

Einfache, kostengünstige Ein-Schalter-Sperrwandler-Lösungen für Drei-Phasen-Eingänge oder mit Gleichspannungen von über 400 V am Eingang sind bei Si-MOSFETs mit einigen zehn Watt Leistung aufgrund der schlechten Leistung der Hochspannungs-Si-Power-MOSFETs nicht praktikabel. Zudem ist es nicht wünschenswert, viel Aufwand in die Entwicklung von Hilfsspannungsversorgungen mit komplexen Architekturen wie Zwei-Schalter-Sperrwandler oder in Serie geschalteten MOSFETs zu investieren. Dieser Entwicklungsaufwand sollte besser für das eigentliche Energiewandlungssystem aufgewendet werden.

Die hervorragende Leistung von 1700-V-SiC-MOSFETs und die Verfügbarkeit der Regler-IC-Familie BD768xFJ erlauben die Entwicklung einfacher Hilfsspannungsversorgungen für Drei-Phasen-Systeme oder für Systeme mit hoher DC-Eingangsspannung mit guter Performance. Mit Hilfe der SiC-MOSFET-Technologie können Designer effizientere, einfache, zuverlässige und kompakte Hilfsspannungsversorgungen realisieren. Dies wird bei vergleichbaren Systemkosten wie bei Si-MOSFET-Lösungen durch die Leistungsvorteile des 1700-V-SiC-MOSFETs erreicht. Darüber hinaus lassen sich die Kosten für teure Komponenten wie Kühlkörper und Magnetik senken. Der Controller-IC ist so optimiert, dass er den SiC-MOSFET sicher ansteuert. Damit ist eine sehr einfache Lösung realisierbar, die den Designaufwand reduziert und die Time-to-Market des Systems minimiert.

Eine Application-Note mit detaillierteren Schaltplänen, einer Dimensionierungshilfe, einer Komponentenliste sowie weiteren Informationen gibt es auf der Website von Rohm. Evaluierungsboards, die den Betrieb der aufeinander abgestimmten Kombination aus Controller-IC und SiC-MOSFET für Hilfsspannugsversorgungen veranschaulichen, ist auf Anfrage bei Rohm Semiconductor erhältlich.

Ein Plädoyer für den Einsatz von SiC-Devices

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SiC-Modul mit neuer MOSFET-Struktur für erhöhte Leistung

* Christian Felgemacher, Walter Balzarotti und Bastian Lang sind Mitarbeiter von Rohm Semiconductor.

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