Suite neuer Gate-Treiber-ICs für SiC

May 22, 2023

Da SiC-basierte MOSFETs in der Energiebranche an Bedeutung gewinnen, arbeiten die Hersteller rund um die Uhr daran, effiziente Leistungsschalter für MOSFETs bereitzustellen. In diesem Artikel werden die neuesten Gate-Treiber-ICs vorgestellt, die kürzlich in der Leistungshalbleiterindustrie vorgestellt wurden.

Infineon erweitert sein EiceDRIVER-Portfolio um die 2EDi-Gate-Treiber-Familie. Das EiceDRIVER-Portfolio nutzt kernlose Transformatoren für seine galvanisch isolierten Gate-Treiber-ICs, und die neue 2EDi-Familie folgt diesem Beispiel. Die ICs sind für den Antrieb von Si-MOSFETs, SiC-MOSFETs und GaN-Leistungsschaltern konzipiert. Das Unternehmen gibt an, dass die neue Familie für den robusten Betrieb in leistungsstarken CoolMOS-, CoolSiC- und OptiMOS-MOSFET-Halbbrücken ausgelegt ist.

Die neuesten galvanisch getrennten Zweikanal-Gate-Treiber zielen auf Anwendungen in Schaltnetzteilen (SMPS) ab. Laut Infineon steigern die Geräte die Leistung und optimieren den Betrieb in primär- und sekundärseitig gesteuerten Hard- und Soft-Switching-Topologien. Mit einer hohen Ausbreitungsverzögerungsgenauigkeit und einer geringen Kanal-zu-Kanal-Fehlanpassung können die Produkte in schnell schaltenden Stromversorgungssystemen nützlich sein.

Die Produkte verfügen über eine Unterspannungssperrfunktion (UVLO) mit einer Start- und schnellen Wiederherstellungszeit von zwei μs oder weniger. Aufgrund ihrer kernlosen Transformatortechnologie verfügen die Produkte über eine hohe Immunität gegen Gleichtakttransienten. Darüber hinaus eliminiert eine integrierte Ausgangsklemmschaltung Ausgangsrauschen, insbesondere wenn die Gate-Treiber-Spannungsversorgung unter dem UVLO-Schwellenwert liegt.

Die in bleihaltigen DSO- und bleifreien LGA-Gehäusen verpackten Produkte sollen in Niederspannungsanwendungen bis zu 36 % Platz einsparen. Die neuen Produkte der 2EDi-Familie sind unter den Teilenummern 2EDB8259F, 2EDB7259Y, 2EDB8259Y und 2EDB9259Y im Handel erhältlich.

Ein weiterer kürzlich in der Branche veröffentlichter Gate-Treiber ist die SCALE-iFlex LT NTC-Familie von IGBT/SiC-Modulen von Power Integrations. Wie die Gate-Treiber von Infineon ist die SCALE-iFlex LT NTC-Familie ein Zweikanal-Gate-Treiber, der für den Einsatz in SiC-MOSFET-Anwendungen geeignet ist. Das Produkt kann mit IGBT-Modulen (Insulated Gate Bipolar Transistor) wie dem Mitsubishi LV100 und dem Infineon XHP 2 verwendet werden, da es IGBT-Spannungsklassen von 1200 V bis 3300 V unterstützt.

Die Familie der SCALE-iFlex LT NTC-Gate-Treiber-ICs besteht aus einem moduladaptierten Gate-Treiber (MAG) (2SMLT0220D2C0C) und einer isolierten Mastersteuerung (IMC) (2SILT1200T2A0C-33). Laut Power Integrations unterstützt die IMC-Einheit bis zu vier MAGs in Parallelschaltung. Die parallele Verbindung zwischen den MAGs einer einzigen IMC-Einheit hilft, Platz zu sparen.

Das Produkt verfügt über eine aktive Klemmung, um sicherzustellen, dass der Leistungshalbleiter teilweise eingeschaltet wird, wenn die Kollektor-Emitter-Spannung einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet. Dadurch bleibt der Halbleiter im linearen Betrieb.

Das Gerät verfügt über eine Temperaturanzeige zur Beobachtung des Gesamtsystems. Durch die Überwachung der Daten des negativen Temperaturkoeffizienten des Leistungsmoduls kann der Gate-Treiber die Wärme in Wandlersystemen genau steuern. Während des Betriebs erfasst jeder MAG die NTC-Temperatur des angeschlossenen Leistungsmoduls. Das erfasste Signal wird an den IMC weitergeleitet und die Messung erfolgt über eine elektrische Schnittstelle.

Das Produkt verfügt außerdem über eine Schutzbeschichtung, die die Komponenten der Platine schützt. Das konforme Beschichtungsverfahren trägt zu einer hohen Zuverlässigkeit bei und macht das Produkt für den Einsatz unter rauen Bedingungen und kontaminierten Umgebungen geeignet.

Zum Abschluss dieser Leistungsübersicht werfen wir einen Blick auf das neue SiC-MOSFET-Modul mit eingebetteter Schottky-Barriere-Diode (SBD) von Mitsubishi Electric.

Das SiC-basierte Gerät ist für schwere Anwendungen wie die Stromumwandlung in Eisenbahnsystemen konzipiert. Da SiC-Geräte leistungs- und energieeffizient sind, hat das Produkt laut Mitsubishi einen geringeren CO2-Fußabdruck als seine Silizium-Pendants. Der in SBD eingebettete SiC-MOSFET soll die Schaltverluste um 91 % reduzieren. Dies gewährleistet eine hohe Effizienz und Zuverlässigkeit in Wechselrichtersystemen für große Industrieanlagen wie Eisenbahnen und Elektrizitätswerke.

Das Gerät verfügt über eine Nennspannung von 3,3 kV bzw. 6,0 kVrm und eine Isolationsspannung. Es ist auf ein optimiertes Klemmenlayout ausgelegt, das Parallelschaltungen und verschiedene Wechselrichterkonfigurationen unterstützt. Mitsubishi versendet jetzt Muster der SBD-eingebetteten SiC-MOSFET-Module.