Superjunction-MOSFETs für hart und resonant schaltende Applikationen Die Alternative zu GaN

Superjunction-MOSFETs für hart und resonant schaltende Applikationen: CoolMOS C7 - Die Alternative zu GaN
Superjunction-MOSFETs für hart und resonant schaltende Applikationen: CoolMOS C7 - Die Alternative zu GaN

In Zukunft sollen GaN-Bausteine in hart oder resonant schaltenden Applikationen für höhere Wirkungsgrade sorgen. Auf diesen kostensensitiven Märkten bietet Infineon mit dem CoolMOS C7 mit GaN-ähnlichen Schaltverlusten eine solide Alternative.

Immer höhere Schaltgeschwindigkeiten, eine damit verbundene optimale Nutzung der Leiterplattenfläche sowie minimierte Betriebskosten (Total Cost of Ownership, TCO) sind Herausforderungen, denen Entwickler von Stromversorgungen heute gegenüberstehen. In hart schaltenden und in resonanten Anwendungen lösen Superjunction-MOSFET-Technologien diese Probleme, indem sie den Durchlasswiderstand weiter senken und GaN-ähnliche Schaltverluste ermöglichen.

Anforderungen an Schaltnetzteile

Heutige Schaltnetzteile im High-End-Bereich werden in zwei Gruppen unterteilt: Das erste Segment ist getrieben von immer höheren Wirkungsgraden, einschließlich des Ziels, die Betriebskosten zu minimieren und damit auch die TCO; im zweiten Segment geht es zwar ebenfalls um einen hohen Wirkungsgrad, aber auch darum, strenge Vorgaben hinsichtlich Material- und Systemkosten sowie des Formfaktors zu erfüllen.

In beiden Fällen müssen Ingenieure das Schaltnetzteil-Design (SMPS, Switched Mode Power Supply) optimieren, um die jeweiligen Anforderungen der Applikation zu erfüllen. Es gibt eine Vielzahl von SMPS-Topologien, die sich in hart oder resonant schaltenden Betrieb kategorisieren lassen.

In hart schaltenden Topologien, z.B. Schaltungen für die Leistungsfaktorkorrektur (PFC), gibt es eine Überlagerung von Spannung und Strom, wenn der Transistor ein- und ausschaltet. Dies verursacht Verluste, die durch höhere Schaltgeschwindigkeit minimiert werden können – auch, wenn dies wiederum Einfluss auf das EMV-Verhalten hat. In resonant schaltenden Topologien, z.B. einem LLC-Resonanzwandler, wird entweder die Spannung oder der Strom auf Null gebracht, bevor der Transistor an- oder ausgeschaltet wird. Dieser Ansatz hat Vorteile hinsichtlich der Verluste, während die resonant schaltenden Wellenformen gleichzeitig auch noch dabei helfen, die EMV zu minimieren.

Für Entwickler von Schaltnetzteilen ist die Wahl des Leistungs-MOSFET entscheidend. Heutige Stromversorgungen erfordern Bausteine, die bei hohen Spannungen und hohen Frequenzen zuverlässig geschaltet werden können; diesen Anforderungen begegnete man in den letzten Jahren durch den Umstieg von konventionellen planaren MOSFETs auf die Superjunction-Technologie (SJ-Technologie). Die Mehrheit dieser MOSFETs wurde in hart schaltenden Designs eingesetzt. Die neuesten Fortschritte bei den SJ-MOSFETs haben nun dazu geführt, dass sie mittlerweile die Anforderungen sowohl von hart als auch resonant schaltenden Anwendungen erfüllen.