Energiesparende MOSFETs und IGBTS
Moderne Technologien für effiziente Halbleiter
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
IGBTs für mittlere Frequenzen
IGBTs sind dagegen im mittleren Frequenzbereich anzusiedeln: Anwendungen mit Schaltfrequenzen bis 20 KHz, wie zum Beispiel Motorsteuerungen, sind eindeutig vom IGBT dominiert. Auch bei IGBTs hat STMicroelectronics aktuelle Technologien auf den Markt gebracht. »Trench Gate Field Stop« heißt eine Technik, die auf Thin-Wafern aufbaut und laut Angaben von STMicroelectronics die gesamten Verluste in Flussrichtung im Vergleich zu früheren Versionen deutlich reduziert. Mit dieser Technik lassen sich für IGBTs höhere Schaltfrequenzen erreichen, der Tailstrom wird deutlich reduziert und das Ausschaltverhalten des IGBTs rückt näher an das eines MOSFETs. Damit sind diese IGBTs auch in Frequenzen über 20 KHz mit geringen Schaltverlusten einsetzbar.
Schnelles Schalten hilft Energie zu sparen, allerdings entstehen durch den schnellen Schaltvorgang sehr häufig Schwingungen im Schaltverhalten. STMicroelectronics hat sich darauf konzentriert, diese Schwingungen minimal zu halten und so die Schaltverluste bei vergleichbaren Leitungsverlusten noch weiter zu reduzieren. Ein optimierter dV/dt-Übergang sorgt für weniger »Overshoot« (Überschwingen) beim Schaltvorgang und damit für geringere Schaltverluste. Dadurch zeigen die Bauteile nicht nur bei den Leistungs- sondern auch bei den Schaltverlusten eine Verbesserung gegenüber der bisherigen Technik. Das Gesamtpaket aus Schalt- und Leitungsverlusten ist somit nochmals optimiert, zusätzlich weisen die Bausteine durch das sanftere Schalten eine geringere Störabstrahlung auf.
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Die IGBTs der neuen »M-Serie« bieten bis zu 1200 V Sperrspannung, sind vor allem für den Einsatz in Motorsteuerungsanwendungen ausgelegt und arbeiten im Bereich bis etwa 20 KHz. Auch diese Bauteile bieten hohe Nenntemperaturen bis +175 °C. Zudem hat der Hersteller die Ein- und Ausschaltenergie adaptiert mit der Folge, dass die VCE-Sättigungsspannung in Schaltungen dieser Frequenz im Vergleich zu IGBTs des Wettbewerbs laut Angaben von STMicroelectronics vor allem bei höheren Strömen um mehr als 10% niedriger liegt – und dieser Abstand wird bei höheren Temperaturen sogar noch größer, wie in Bild 3 deutlich zu erkennen ist. Zudem schaltet das Bauteil mit sehr niedriger Energie, dadurch lassen sich die IGBTs bei größeren Leistungen auch parallel einsetzen.
Innerhalb der M-Serie von IGBTs verwendet der Hersteller verschiedene antiparallele Dioden in den Packages mit dem Ziel, angepasst an die jeweiligen Anwendungen das optimale Dioden-Recovery-Verhalten zu erreichen. Dies kann von extrem kurzen Erholzeiten bis hin zu »Soft Switching« gehen. STMicroelectronics hat die entsprechenden Diodentechnologien im Haus und kann so eine breite Palette von verschiedenen Derivaten mit jeweils angepasster Diode anbieten.
Im Bereich der Niederspannungsdioden bietet der Hersteller zusätzlich eine Neuheit, welche die üblichen Nachteile von Schottky-Dioden minimiert und die Vorteile beibehält...
- Moderne Technologien für effiziente Halbleiter
- MOSFET-Leistungsdaten: Besser als ursprünglich geplant
- IGBTs für mittlere Frequenzen
- Dioden mit wenig Leckstrom
- Power integriert
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