Vorteile von Superjunction- und konventionellen Hochvolt-Bauelementen vereint
Coole MOSFETs
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Experimentelle Ergebnisse
Zur Beurteilung des Wirkungsgrades in hart und resonant schaltenden Applikationen wurde die neue Leistungshalbleiterfamilie in einer Leistungsfaktorkorrektur-Stufe (PFC) und in einem LLC-Wandler getestet.
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Die PFC-Stufe wird bei 130 kHz betrieben und hat eine Ausgangsleistung von 300 W. Die PFC-Drossel ist so ausgelegt, dass die Stufe auch bei hoher Eingangsspannung von 230 V(AC) immer im nicht-lückenden Betrieb (continuous current mode) betrieben wird. Verglichen werden jeweils Bauelemente der 600-V-Sperrspannungsklasse mit einem Einschaltwiderstand von 190 bzw. 200 mΩ. In Bild 4 ist der Wirkungsgrad der PFCStufe bei Volllast und 90 V(AC) Eingangsspannung (großes Bild) sowie bei 230 V(AC) als Funktion des effektiv wirksamen Gate-Widerstands dargestellt.
Die neue Leistungshalbleiterfamilie C6 erreicht sowohl bei niedriger als auch bei hoher Eingangsspannung einen signifikant besseren Wirkungsgrad als die Vorgängergeneration C3 und reicht an die extrem schnell schaltende Generation CP heran. Die Abhängigkeit des Wirkungsgrads vom Gate-Widerstand ist für die Produktfamilie C6 vergleichsweise gering.
Weiterhin wurde im Rahmen der Applikationsuntersuchungen eine 300-W-PC-Stromversorgung aufgebaut, die eine hart schaltende, im nichtlückenden Betrieb arbeitende PFCStufe und einen resonant arbeitenden LLC-Wandler als Hauptstufe aufweist. Die Ausgangsspannungen +12 V und –12 V werden direkt von der LLC-Stufe erzeugt, die beiden Spannungen 5 V und 3,3 V werden durch nachgeschaltete Abwärtsregler aus dem 12-V-Ausgang erzeugt.
In der PFC-Stufe wird ein 200-mΩ-Bauelement mit 600 V Sperrspannung der CoolMOS-CP-Reihe eingesetzt, während die LLC-Stufe mit zwei Bauelementen der neuen C6-Reihe ausgestattet wurde. Bild 5 zeigt den gemessenen Gesamtwirkungsgrad bei 115 und 230 V(AC) Eingangsspannung im Vergleich. Die Stromversorgung erreicht bei 115 V einen Wirkungsgrad von 92,2 % bei 50 % Last. Im Teillastbetrieb bei 20 % und bei Volllast werden jeweils 90,5 % erzielt. Selbst bei nur 10 % Last werden noch mehr als 85 % Wirkungsgrad erreicht. Die mit CoolMOS C6 bestückte LLC-Stufe erreicht bei 20 % Last einen Wirkungsgrad von 96,0 %, bei halber Last 97,2 % und bei Volllast 96,5 %.
Die neue CoolMOS-C6-Familie vereint somit die Vorzüge moderner Kompensations-Bauelemente wie extrem niedriger flächenspezifischer Widerstand und geringe kapazitive Verluste mit guter Kontrolle des Schaltverhaltens sowie hoher Robustheit gegenüber Fehlerfällen wie der harten Kommutierung der Body-Diode. Das Bauelement kann in einer Vielzahl von Applikationen wie Schaltnetzteilen, Adaptern, Lighting, TV- und Konsumer-Anwendungen wie Spiele eingesetzt werden. Die Markteinführung erfolgt im Juni 2009 mit der 600-V-Sperrspannungsklasse und einem umfassenden Portfolio von 70 mΩ bis 3,3 Ω. Weitere Spannungsklassen auf Basis dieser Technologie werden folgen. fr
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