Vorteile von Siliziumkarbid-Mosfets

Siliziumkarbid-MOSFETs übertreffen Si-IGBT-Transistoren, wenn es um Hochspannungsanwendungen wie Fahrzeuge mit intelligenter Energieversorgung und Industriemaschinen geht. Sie bieten im Vergleich zu IGBT-Transistoren eine bessere Leistung in Bezug auf Leistung, Wärmeableitung und Temperaturbereich. Außerdem ist ihre Zuverlässigkeit höher als die von IGBTs.

Wenn am Gate eine positive Spannung an die p-Typ-Siliziumoberfläche angelegt wird, werden Löcher durch das elektrische Feld angezogen und hinterlassen einen leeren Bereich, der als Verarmungszone bezeichnet wird.

Hochspannung

Siliziumkarbid-MOSFETs weisen hohe Spannungswerte auf und eignen sich aufgrund ihrer energiesparenden Eigenschaften und ihrer effektiven Wärmeableitung hervorragend für verschiedene elektronische Schaltungen.

Sie zeichnen sich durch einen geringeren Durchlasswiderstand aus und arbeiten mit höheren Frequenzen als herkömmliche siliziumbasierte Leistungsbauelemente - oft der Engpass für moderne Systeme -, was erhebliche Vorteile in Bezug auf die Reduzierung der Bauteilgröße und die Systemeffizienz bietet.

SiC-Leistungsbauelemente weisen im Vergleich zu Silizium-Bauelementen überlegene elektrische Parameter auf, einschließlich eines niedrigeren RDSon-Wertes und einer besseren Leistung bei Betriebstemperaturen. Dadurch eignen sie sich für anspruchsvolle Anwendungen wie Antriebsumrichter, Schweißmaschinen, Systeme für erneuerbare Energien und Ladestationen, IT-Rechenzentren sowie für raue Umgebungen wie Schweißkabinen. Ihre überragende Zuverlässigkeit und Lebensdauer machen sie bei Ingenieuren äußerst beliebt - allein dieser Faktor erklärt ihre steigende Beliebtheit bei Ingenieuren.

Starker Strom

Mit Siliziumkarbid-MOSFETs können Leistungsbauelemente hohe Ströme effizient verarbeiten. Dies ist von entscheidender Bedeutung, da dadurch höhere Schaltfrequenzen möglich sind, die den Bedarf an induktiven und kapazitiven Bauelementen beim Entwurf von Leistungsschaltungen verringern.

SiC-MOSFETs arbeiten, indem sie Strom zwischen ihren Source- und Drain-Anschlüssen fließen lassen, was durch Anlegen einer positiven Spannung an ihre Gates ermöglicht wird; dadurch wird ein elektrisches Feld erzeugt, das Elektronen aus dem oberen p-Bereich in einen leitenden Kanal zieht und sie in den "Ein"-Zustand versetzt. Umgekehrt kehrt das Anlegen einer Null- oder negativen Spannung diesen Effekt um, stoppt den Stromfluss und versetzt das Bauelement wieder in den "Aus"-Zustand.

Da SiC-MOSFETs unipolare Bauelemente sind (bei denen nur Elektronen durch n-Typ-Halbleiterbereiche fließen), können sie bei relativ niedrigen Drain-Source-Spannungen mit sehr geringem Durchlasswiderstand eingeschaltet werden, was zu schnelleren Schaltzeiten führt.

Niedriger On-Widerstand

Siliziumkarbid-Mosfets sind für den Einsatz in rauen Umgebungen konzipiert und eignen sich hervorragend für Traktionswechselrichter, Motorantriebe, Solarstrom- und Notstromsysteme. Ihr höherer Wirkungsgrad im Vergleich zu Silizium-Bauelementen ermöglicht kleinere Systeme mit geringerem Platzbedarf und bietet gleichzeitig mehr Leistung als leistungsfähigere Silizium-Bauelemente allein.

SiC-MOSFETs können sehr viel höhere Sperrspannungen als IGBTs erreichen (bis zu 1200 V), allerdings muss ihr Drain-Source-Signal (VDS) bei High-Side-Schaltern sorgfältig verwaltet werden, um eine Überspannung zu vermeiden, die zu einer erheblichen Joule-Erwärmung und zur Beschädigung des Bauteils führen könnte. Daher sind genaue Validierungsmessungen unter Verwendung eines Oszilloskops mit präzisen Sonden und Totzeiten für ein ordnungsgemäßes Management erforderlich.

Tektronix bietet eine Reihe von Tools zur Validierung der Leistung von Leistungshalbleitern, einschließlich MOSFETs. Erfahren Sie mehr in unserer neuen Application Note - Effektive Messung von MOSFET-Signalen in SiC-Leistungselektronik

Geringe Leckage

Siliziumkarbid-MOSFETs weisen einen geringeren Leckstrom auf als ihre Silizium-Gegenstücke, was höhere Schaltgeschwindigkeiten ermöglicht und die Energieverluste in Stromversorgungssystemen insgesamt minimiert.

SiC-MOSFETs sind widerstandsfähiger gegen thermisches Durchgehen als Standard-Silizium-Leistungs-MOSFETs und IGBTs, so dass sie auch bei wärmeren Umgebungstemperaturen ohne zusätzliche Kühlkomponenten effektiv arbeiten können. Dadurch eignen sich SiC-MOSFETs besonders für Industrie- und Automobilanwendungen, bei denen die präzise Positionierung von Objekten oder die Bewegung von Werkzeugarmen eine hohe Servomotorsteuerung für die genaue Positionierung oder Bewegung erfordert.

Das Siliziumkarbid (SiC)-MOSFET-Portfolio der dritten Generation von GeneSiC bietet hochmoderne Gehäuse und Bare Die mit Nennwerten von 650 V bis 6,5 kV, wodurch sie sich für harte und resonante Schalttopologien eignen, IGBTs effizient ansteuern und zu einer erheblichen Gewichts- und Größenreduzierung führen.