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Rohm Semiconductor

Netzteile mit 1700-V-SiC-MOSFETs plus Regler einfach designen

8. September 2021, 9:00 Uhr | Youngku An und Muzaffer Albayrak, Rohm Semiconductor

Bei SiC-MOSFETs gibt es noch einige Herausforderungen hinsichtlich ihrer Anwendung. Vor allem die Anpassung der Gate-Treiber und das Design der Klemmschaltung gegen Überspannungen sind mit zusätzlichen Kosten und erhöhtem Aufwand verbunden. Das muss nicht sein.

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Obwohl sich Siliziumkarbid-MOSFETs (SiC-MOSFETs) immer einfacher in Stromversorgungssystemen einsetzen lassen, existieren dennoch einige Herausforderungen hinsichtlich ihrer Anwendung. Die Haupthindernisse: Die Anpassung der Gate-Treiber und das Design der OVP-Klemmschaltung sind mit zusätzlichen Kosten und erhöhtem Aufwand verbunden. Rohm bietet seinen Kunden deshalb für die AC-DC-Wandler-ICs der Serie ein Evaluation-Board namens BM2SCQ123T-EVK-001 an. Damit lässt sich vor der Entwicklung einer AC-DC-Wandlerschaltung das Bauteil testen.

Das Evaluation-Board basiert auf einem AC-DC-Wandler-IC mit integriertem SiC-MOSFET mit 1700 V Sperrspannung. Die quasiresonante Topologie wird mit einer Frequenz von 120 kHz getaktet. Der Grund für die Wahl des AC-DC-Wandlers liegt in der entsprechend einfach gestalteten Leiterplatte, die einen automatischen Neustart bietet, wenn sie sich im Schutzmodus von Überlast und Überspannung befindet. Andere ICs agieren im Latch-Modus und müssen folglich manuell neu gestartet werden.

Der BM2SCQ12xT-LBZ soll viele der Herausforderungen lösen, die bei diskret aufgebauten Lösungen auftreten. Die Implementierung eines quasiresonanten Betriebsmodus kann die Einschaltverluste reduzieren und das EMV-Verhalten verbessern. Dadurch, dass ein SiC-MOSFET und ein für industrielle Hilfsstromversorgungen optimierter Regelkreis in einem IC-Gehäuse integriert sind, reduziert sich die Anzahl externer Bauteile im Vergleich zu herkömmlichen Konfigurationen von zwölf Komponenten plus Kühlkörper zu einem einzigen IC in einem TO-220-Gehäuse mit sechs Anschlüssen. Damit kann sich der Entwicklungsaufwand der Schaltung reduzieren. Darüber hinaus sinkt das Ausfallrisiko von Komponenten, die durch externe SiC-MOSFETs nötig werden. Das Produkt kann die Energieeffizienz um 5 Prozent steigern und die Verlustleistung um 28 Prozent verringern. Dadurch können industrielle Anwendungen erheblich kleiner ausfallen, deren Zuverlässigkeit steigt und es wird weiter Energie eingespart.

Die einzig gangbare Alternative zu der beschriebenen Schaltung mit 1700-V-SiC-MOSFET ist eine Schaltung, in der zwei 800-V-Silizium-MOSFETs in Reihe liegen. Damit ist sichergestellt, dass auch bei einer Eingangsspannung von 900 V plus der für Sperrwandler typischen reflektierten Spannung von 250 V plus einer Überspannung von 150 V die Schaltung nicht zerstört wird. Trotzdem sind zusätzliche Schaltungen, die die Spannung reduzieren oder klemmen, zu berücksichtigen, um ein Überschreiten der Nennspannung der Mosfets zu vermeiden, die sich auf der High-Side sowie als Treiberschaltungen auf der Low-Side befinden.