Die Vorteile der führenden MOSFET-Lösungen von ON Semiconductor auf Siliziumkarbid-Basis

ON Semiconductor ist ein führender Anbieter und Pionier im Bereich Wide Band Gap-Technologie und hat ein RDSon SiC-MOSFET-Gerät mit einer erstklassigen Verpackungstechnologie entwickelt, das zu den energieeffizientesten RDSon SiC-MOSFET-Geräten zählt. Darüber hinaus bietet das Unternehmen eine umfassende Reihe von energieeffizienten Stromversorgungslösungen an. Dazu gehören fortschrittliche Geräte auf der Basis von Siliziumkarbid (Silicon Carbide, SiC) wie SiC-MOSFET-Geräte, SiC-Dioden, SiC- und GaN-Treiber und integrierte Module.

ON Semiconductor hat mit der Einführung von zwei neuen Produktfamilien das Angebot von Wide Band Gap (WBG)-Geräten erweitert: den SiC-MOSFET-Geräten mit N-Kanal bei 1200 V und 900 V. Lassen Sie uns in einer Frage-und-Antwort-Sitzung mit Experten von ON Semiconductor die Anwendungsfälle und Endanwendungen etwas genauer betrachten, die von diesen neuen SiC-Lösungen am meisten profitieren.

F: Was ist das Hauptmerkmal des SiC-MOSFET NTHL020N120SC1 mit N‐Kanal bei 1200 V und 20 mΩ? 

A: Der NTHL020N120SC1 wurde für extrem niedrige Leitungsverluste bei einer Sperrspannung (VDSS) von 1200 V entwickelt. Zusätzlich wurde er als schneller Treiber mit einem niedrigen internen Gate-Widerstand (Rg = 1,81 Ω) und einer niedrigen Ausgabekapazität (COSS = 260 pF) entwickelt. 

F: Welche Merkmale wurden beim NTHL020N120SC1 im Vergleich zu den SiC-MOSFET-Geräten von ON Semiconductor verbessert, die es vor Einführung des NTHL020N120SC1 gab?

A: Da dies die erste Generation von SiC-MOSFET-Geräten von ON Semiconductor ist, können die Geräte nicht mit früheren Geräten verglichen werden. Diese Geräte bieten jedoch im Vergleich zu anderen Geräten auf dem Markt eine Reihe von Vorteilen. Dazu gehören eine robuste Oxidleistung (VFG-Einstufung +25 V/-15 V), kein Vth-Driften, kein Body-Dioden-Driften, eine hohe Schaltgeschwindigkeit, ein reibungsloser Gate-Treiber mit dv/dt-Steuerung und eine robuste Body-Diode für Hartschaltungen. 

F: Welche wettbewerbsorientierten Spezifikationen bietet der NTHL020N120SC1? 

A: Die SiC-MOSFET-Geräte bei 1200 v sind auf dem Markt sehr wettbewerbsfähig und erfüllen die Spezifikationen der meisten Kunden oder übertreffen sie sogar. Jede Anwendung besitzt ihre eigenen Parameter. Grundsätzlich wurde das Gerät jedoch für einen schnellen Betrieb entwickelt, was Schaltvorgänge und Leitungsverluste reduziert. Dies wurde mittels eines niedrigen RDSon und der Wahl eines niedrigen internen Gate-Widerstands erreicht, der ein schnelles Schalten ermöglicht. Die Geräte sind auf Robustheit ausgelegt und besitzen eine schnelle Einschwingimmunität mit einer Kapazität von mehr als 100 V/ns.

F: Welche Vorteile bietet SiC? 
A: Die Vorteile von SiC beginnen beim Material selbst, das eine 10-mal höhere dielektrische Durchbruchfeldstärke, eine 2-mal höhere Elektronensättigungsgeschwindigkeit, eine 3-mal höhere Energiebandlücke und eine 3-mal höhere Wärmeleitfähigkeit als Silizium aufweist. Die Systemvorteile bieten höchste Effizienz durch die Senkung des Leistungsverlusts, eine größere Leistungsdichte, eine höhere Betriebsfrequenz, den Betrieb bei höheren Temperaturen, die Reduzierung von elektromagnetischen Störungen und, was am wichtigsten ist, die Reduzierung von Systemgröße und -kosten.

Endanwendungen

F: Welche Endanwendungen werden am meisten vom Hauptmerkmal des NTHL020N120SC1 profitieren? 

A: Es gibt ein breites Spektrum von Endanwendungen, die erheblich von der Reduzierung der Stücklisteninhalte und der höheren Leistungsdichte profitieren werden. Zwei Anwendungen, bei denen dies besonders offensichtlich ist, sind Solarstrom-Inverter und Ladestationen für Elektrofahrzeuge. 

F: Warum bietet das SiC-MOSFET-Produkt Vorteile insbesondere für Solarstrom-Inverter und Ladestationen für Elektrofahrzeuge? Besitzen diese Anwendungen strenge Anforderungen in Bezug auf Größe oder Formfaktor? Wenn dies der Fall ist, könnten Sie uns etwas zum Hintergrund oder zu den Anforderungen sagen? 

A: Herkömmlicherweise sind die meisten PFC-Stufen komplex, weisen ein begrenztes Frequenzspektrum auf und haben niemals eine höhere Effizienz als 98 % erreicht. Dank SiC werden weniger Komponenten benötigt, was zu einer geringeren Komplexität führt. Die Passivteile sind kleiner, die Kühlung ist besser und es wird eine Effizienz von mehr als 98 % erreicht. 

F: Gibt es eine große Nachfrage nach kleineren Solarstrom-Invertern und Ladestationen für Elektrofahrzeuge? Und wenn dies der Fall ist, was ist der Grund dafür? 

A. Ja.

Solar-Inverter

Auf dem Markt für Solar-Inverter können zurzeit zwei Trends beobachtet werden. ON Semiconductor hat einen Anteil von geschätzt 30 % am gesamten adressierbaren Markt (Total Addressable Market, TAM).

1) Mehrere kleine Inverter mit < 20 kw="" für="" einzelne="" kollektorenzeilen,="" die="" den="" gleichstrom="" in="" wechselstrom="" umwandeln="" und="" anschließend="" in="" einen="" großen="" megawatt-inverter="" leiten="">

1. Die kleinen Inverter mit < 20="" kw="" verwenden="" für="" die="" pcf-stufe="" in="" der="" regel="" diskrete="" sic-halbleiter.="" im="" fall="" von="" llc="" handelt="" es="" sich="" um="" eine="" mischung="" aus="" super-junction="" (sj)-="" und="" sic-technologie,="" abhängig="" von="" den="" zielen="" in="" bezug="" auf="" zeitplan,="" kosten="" und="" effizienz.="">

2. Wenn Kunden zur SiC-Technologie wechseln, bieten sich ihnen zahlreiche Vorteile. Der Nachteil besteht jedoch in einer höheren Gate-Treiberspannung. Daher muss der Schaltkreis neu entwickelt werden.

2) Einige größere Inverter mit > 20 KW für mehrere Kollektorenzeilen, die den Strom nicht in einen größeren Inverter leiten

1. Die größeren Inverter mit > 20 kW verwenden in der Regel Leistungsmodule.

2. Früher handelte es sich dabei um IGBT-Module. In den letzten 5 Jahren wurden zunehmend Hybridmodule (IGBT + SiC-Diode) verwendet. Aktuell werden immer mehr SiC-MOSFET-Module verwendet.

Ladestationen

Ladestationen besitzen vier Leistungsstufen. Bei den Stufen 1 und 2 handelt es sich um 1- und 3-Phasen Wechselstromladegeräte. Diese Ladegeräte verwenden keine SiC-Technologie und nutzen das On-Board-Ladegerät (OBC) des Fahrzeugs, um die Batterie zu laden. Die Stufen 3 und 4 haben eine höhere Leistung und verwenden AC/DC-Wandler an der Ladesäule. Wenn das Fahrzeug angeschlossen wird, wird die Batterie direkt geladen. 

Zusätzlich werden diese 3 „Marktsegmente“ an Ladestationen wie folgt klassifiziert:

1) Privat – Ladegerät der Stufe 1 oder 2
2) Kommerziell – Stufe 2 oder 3 (klein, Arbeit, Stelle, an der das Fahrzeug für kurze Zeit geparkt wird)
3) Autobahn – Stufe 3 oder 4 (hier kommt die SiC-Technologie zu Einsatz)

Grundsätzlich gilt, dass der Markt für Ladegeräte, besonders im Hochleistungsbereich, noch in der Entwicklung ist. Hier haben Leistungsmodule aufgrund der Hochleistungsanforderung den größten Anteil. Es gibt jedoch einige diskrete Lösungen für die LLC- oder sekundäre Gleichrichtungsstufe.

Erfahren Sie mehr von ON Semiconductor