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Mit CoolSiC zum modernen Elektroantrieb

Synergetische Kombination von drei Spitzentechnologien

5. September 2023, 9:30 Uhr | Von Matthias Ippisch, System Application Engineer, und Matthias Weinmann, Senior Product Application Engineer, beide bei Infineon Technologies

Bild 1: Das Smart-p2-Pack der Schweizer Electronic integriert Infineons S-Cell-1200-V-CoolSiC-Gen2p-Chips in die Leiterplatte und steigert die Leistung um bis zu 60 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Methoden.

Um die Anforderungen moderner Elektrofahrzeuge zu erfüllen, ist es wichtig, Synergien zwischen Halbleitertechnologie, Gate-Treiber und Gehäusetechnologie zu schaffen und zu nutzen. Mit den neuen 1200-V-CoolSiC-Gen2p-Chips von Infineon ist höchste elektrische Performance erreichbar.

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Infineon Technologies’ 1200-V-CoolSiCs Gen2p gründen auf einer hochmodernen Leistungshalbleitertechnologie, die deutliche Fortschritte bei Effizienz und Leistung bietet. Entwickelt wurden sie speziell für die anspruchsvollen Anforderungen von 800-V-Anwendungen in Kraftfahrzeugen, insbesondere für den Hauptumrichter. Durch die weitere Verringerung des Zellabstandes und die Anpassung der Driftzone des Trench-Zellkonzeptes von Infineon erreicht die Technologie einen sehr guten Wert für die Kennzahl Rds,onA über den gesamten Temperaturbereich. Zudem bietet die Gen2p-Technologie aufgrund des niedrigen Durchlasswiderstands und der geringen Schaltverluste einen hohen Wirkungsgrad im Teillastbereich – ein wichtiger Faktor für die Steigerung der Reichweite und eine Voraussetzung für mögliche Kosteneinsparungen auf Systemebene.

S-Zelle in Smart-p2-Pack-Technologie

Um das volle Potenzial der CoolSiC-Technologie von Infineon auszuschöpfen, wird eine zu 100 Prozent elektrisch getestete Standardzelle (S-Zelle, Bild 1) in das Smart p2 Pack der Schweizer Electronic eingebettet. Diese Leiterplattentechnologie wird bereits für 48-V-Startergenerator-Anwendungen verwendet und erhöht im Vergleich zu herkömmlichen Methoden die Leistung um bis zu 60 Prozent. Das Smart p2 Pack verfügt über eine thermisch leitfähige, elektrisch isolierende Schicht, die das Systemdesign vereinfacht. Die Einbettung von 1200-V-MOSFETs von Infineon und Schweizer ist ein großer Fortschritt in der Hochvolt-Packaging-Technologie, der es ermöglicht, das volle Potenzial der CoolSiC-Technologie auszuschöpfen. Durch die Kombination der Technologien wird Folgendes ermöglicht:

hohe Designflexibilität zur Erfüllung unterschiedlicher Leistungs- und Geometrieanforderungen,
minimierte Streuinduktivität, die sauberes und schnelles Schalten für hocheffiziente Leistungsumwandlung ermöglicht
sowie ein hohes Maß an Systemintegration.

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Infineon hat mit dem Gate-Treiber 1EDI3035AS einen neuen Automotive-Inverter-Gate-Treiber in einem kompakten 20-Pin-DSO-Gehäuse vorgestellt. Er wurde speziell für maximale Kompatibilität mit Siliziumkarbid-Technologien entwickelt. Dazu wurden die internen Überwachungsschwellwerte und Timings optimiert, ohne dass der Anwender eine komplizierte SPI-Programmierschnittstelle bedienen muss. In dieser Form verbessert, liefert die Ausgangsstufe bis zu 20 A Spitzenstrom und ist für die parallele Ansteuerung mehrerer SiC-Zellen geeignet.

Sie ist in der Lage, moderne Umrichter mit einer Nennleistung von über 300 kW zu treiben. Um den Kompromiss zwischen Kurzschlussabschaltung und Systemwirkungsgrad zu optimieren, wurde ein ultraschnelles Soft-Off-Konzept implementiert, das über einen externen Widerstand frei einstellbar ist. Zum Auslesen des Treiberstatus und für verschiedene interne Diagnosefunktionen steht eine einfache PWM-codierte Data-Schnittstelle zur Verfügung. Damit ist dieser Gate-Treiber ideal für das Rapid Prototyping geeignet und macht kürzere Entwicklungszeiten möglich.