Systemvorteile durch SiC-Bauelemente in Schaltnetzteilapplikationen

摘要

Silizium-Karbid-Leistungshalbleiter (SiC) werden im nachsten Jahrzehnt einige Bereiche der Leistungselektronik revolutionieren. Durch fortlaufende Bauelementeoptimierung und Verbesserung der Kostensituation ist mit einer deutlichen Vergrosserung des adressierbaren Marktpotentials zu rechnen. Dieser Beitrag beschaftigt sich mit der Rolle von Silizium-Karbid-Halbleitern in Hochleistungsschaltnetzteilen, bei denen hochste Wirkungsgrade erzielt werden sollen. Die Betrachtungen beziehen sich auf typische Applikationen im Server- und Telekom-Stromversorgungsbereich, da in diesen Sparten die Ausgangsleistung bei konstanten Kosten und gleich bleibender Grosse pro Jahr um typisch 10% bis 20% steigen. Diese Anforderungen stellen immer hohere Anspruche an den Wirkungsgrad der Schaltnetzteile. SiC-Bauelemente leisten hier einen wesentlichen Beitrag. Der Fokus dieses Artikels wird auf den Stand der Technik bei ausgewahlten aktiven SiC-Bauelementen, SiCDioden und deren Applikation gelegt. Als Applikationsbeispiele fur SiC-SBD (SiC-Schottky-Barriere-Diode) werden PFC-Stufen und Hochvolt-Tiefsetzsteller angefuhrt. Zur Anwendung von aktiven SiC-Bauelementen wird ein hartschaltender Tiefsetzsteller mit SiC-VJFETs (Vertikale JFETs) und SiC-SBD bei 200kHz Schaltfrequenz vorgestellt. Weiterfuhrende Untersuchungen beschaftigen sich mit dem Systemvorteil durch 600 V SiC-Bauelemente gegenuber Si-Bauelementen in Hochstfrequenz-PFC-Stufen bis 1 MHz Schaltfrequenz.