SiC und GaN im Stromversorgungseinsatz Wachsende Herstellerzahl befeuert den Wettbewerb

Aus der Produkt-Premium-Klasse kommend, zeichnet sich allmählich der Weg in den Massenmarkt für SiC- und GaN-Leistungshalbleiter ab. Befeuert wird dieser Weg von einer wachsenden Anbieterzahl und sinkenden Preisen.

Oliver Walter, CEO von Camtec Power Supplies, sieht aktuell den Einsatz von SiC-MOSFETs auf Grund des immer noch hohen Preises auf extrem hochwertige Netzteile im oberen Preissegment beschränkt, »wie etwa in unseren Labornetzteilen oder in unseren Hochleistungsfront-end-Systemen«. Das erste normale Indus-trienetzteil, das Camtec Power Supplies mit reiner SiC-Technik liefern wird, so Walter, »wird die neue CPS-EC1500-Serie sein«. Dabei handelt es sich nach seinen Worten um eine extrem hochwertige Industrial-Power-Supply- und Batterie-Charger-Lösung mit einer außergewöhnlich guten Ausstattung. »Aber auch mit dieser Lösung befinden wir uns mit 1500 W auf der Hutschiene im Bereich der High-End-Power Supplies.«

Inwiefern SiC auch für kleinere, preissensible Leistungen geeignet sein wird, entscheidet sich für Walter ganz eindeutig durch die zukünftige Preisentwicklung dieser Komponenten. »Rein technisch«, so der Camtec-Chef, »ist es eine wünschenswerte Lösung, um die Energieeffizienz von Schaltnetzteilen nach oben zu treiben«. Wenn jedoch ein um 20 Prozent besserer Wirkungsgrad bis zu 80 Prozent der Bauteilkosten verursacht, stimmt das Verhältnis für wettbewerbsorientierte Produkte einfach noch nicht!

Für Hermann Püthe, Gründer und geschäftsführender Gesellschafter der inptron Schaltnetzteile, sind SiC- und GaN-Leistungshalbleiter für alle hart schaltenden Applikationen sehr vorteilhaft, »weil die Umschaltverluste aufgrund der geringeren Kapazität gegenüber Super-Junction-MOSFETs deutlich geringer sind«. Auch resonante Schaltungstopologien können nach seiner Einschätzung von den Wide-Band-Gap-Materialien profitieren. Mit dem zudem niedrigen RDS(on) dieser Leistungshalbleiter lassen sich die Verluste in der Applikation deutlich reduzieren, »und wir können kleinere und effizientere Netzteile kreieren«. Es bestehe aber noch Nachbesserungsbedarf bei den verwendeten Bauformen. »Natürlich müssen sich die Bauformen den Vorteilen der höheren Schaltflanken und der möglichen höheren Schaltfrequenzen anpassen«, fordert er. SMD-Bauteile mit möglichst kurzen Anschlüssen müssen her, fordert Hermann Püthe.

Wenn die Kühlung mittels Leiterplattenkaschierung und/oder gegebenenfalls noch über eine passive Heatpipe erfolgt, so Püthe, »können tolle Lösungen entstehen, die sowohl von der Performance wie auch von den Kosten her Vorteile bieten«. Damit es dazu kommt, müssten die Bauteile jedoch noch deutlich preiswerter werden, »sonst wird eine Durchdringung im breiten Stromversorgungsmarkt nicht möglich sein«. Es werde ein Wettrennen zwischen Super-Junction mit kontinuierlich verbesserter Performance und den dynamisch besseren Angeboten aus dem Lager der SiC- und GaN-Bauteile bleiben. Püthes Priorität ist dabei klar: »Lieber Halbleitermaterial als Aluminium zur Kühlung, aber es muss verkaufbar bleiben!«

Anwendungen für GaN-Leistungshalbleiter sieht Püthe insbesondere im Bereich hart schaltender PFC-Lösungen, gegebenenfalls aber auch Halbbrücken-Schaltungen. Bei diesen Applikationen handelt es sich jedoch immer um einphasige Netze. SiC kann aufgrund seiner hohen Sperrspannung nach Püthes Überzeugung insbesondere auch für 3-Phasen-Anwendungen hochinteressant werden. Schließlich haben hochsperrende Silizium-MOSFETs da bekanntermaßen so ihre Schwächen.