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Die nächste Effizienz-Dimension

Einsatz von SiC-Bauelementen für Leistungsanwendungen

16. September 2011, 10:34 Uhr | Von Masanuri Tanimura

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Fortsetzung des Artikels von Teil 5

Vorteile von SiC in praktischen Anwendungen

Schaltnetzteile mit Ausgangsleistungen über 300 W basieren in der Regel auf Boost-Wandlern (Hochsetzstellern) mit aktiver Leistungsfaktorkorrektur (Power Factor Correction; PFC). Die Verwendung einer SiC-Diode anstelle einer Diode auf Siliziumbasis hat hier den einen großen Vorteil, dass erstere einen deutlich geringeren Sperrverzögerungsstrom aufweist, was nicht nur zu etwa 60 % geringeren Schaltverlusten führt, sondern es auch ermöglicht, die Snubber-Schaltung zum Eindämmen der elektromagnetischen Interferenzen einfacher zu gestalten oder sogar ganz entfallen zu lassen. Außerdem ist keine Anpassung des Schalttransistors mehr nötig, um den hohen Sperrstrom der Siliziumdiode zu berücksichtigen. Es kann somit ein für niedrigere Ströme ausgelegter und damit kostengünstigerer Transistor verwendet werden. Dank der niedrigeren Verluste können der Kühlkörper und das Kühlsystem kleiner dimensioniert werden, und nicht zuletzt erlauben niedrigere Schaltverluste einen Betrieb mit höherer Schaltfrequenz. Dies bietet den Entwicklern die Möglichkeit, den Wirkungsgrad weiter anzuheben und/oder eine kleinere Drosselspule zu wählen, was Geld und Leiterplattenfläche spart.

Tabelle 2 vergleicht zusammenfassend die Leistungsdaten einer Schaltung mit einer 600-V-Si-FRD und einer SiC-Schottky-Diode. Wechselrichter mit SiC-Schottky-Dioden bringen es beispielsweise auf wesentlich geringere Sperrverzögerungsverluste, wodurch sich der Wirkungsgrad verbessert. Eine Verbesserung des Systemwirkungsgrades um 0,3 bis 1 % ist dabei durchaus realistisch. Beim Einsatz zusammen mit IGBTs und niedrigeren Schaltfrequenzen können dank der geringeren Verlustwärme kleinere Kühlkörper verwendet werden.

Weitere Einsatzgebiete von SiC-Bausteinen für 600 V und darunter sind Schaltapplikationen, unterbrechungsfreie Stromversorgungen, Motorregler und andere Bereiche, in denen ein hoher Wirkungsgrad ein wichtiges Alleinstellungsmerkmal darstellt. Auch wenn die heutigen SiC-Bausteine den IGBTs in ihrer Nennleistung noch immer unterlegen sind und die Typenauswahl begrenzt ist, gilt allgemein, dass die SiC-Technologie um so attraktiver wird, je höher die Anforderungen sind.