Las ventajas de la tecnología CoolSiC™ de Infineon

Los MOSFET de carburo de silicio se basan en un material denominado banda ancha prohibida, complementan el catálogo existente de IGBT y MOSFET, y abordan rangos de potencia que suelen ser superiores a 1 kilovatio y permiten una frecuencia de conmutación de varios cientos de kilohercios.

¿Cuál es la magia de la banda ancha prohibida?
La banda ancha prohibida está relacionada de forma directa con el campo de ruptura. Un mayor campo de ruptura da lugar a un funcionamiento de mayor tensión para una dimensión determinada, en comparación con el silicio (capas activas más finas), lo que a su vez da lugar a una mayor densidad de potencia y a una mayor frecuencia de conmutación. Además, gracias a su excelente conductividad térmica, se puede aprovechar una mejor disipación del calor.

Las capas activas más finas contienen también un mayor número de electrones libres y, en consecuencia, una menor resistencia de lámina RS, lo que ofrece a los diseñadores la posibilidad de utilizar dispositivos de carburo de silicio unipolares para tensiones de bloqueo más elevadas, donde se suelen utilizar los IGBT.

Además, en comparación con los IGBT, el carburo de silicio ofrece menores pérdidas de conmutación, un estado de encendido sin tensión de rotura y diodos libres integrados, por lo que se puede realizar un número reducido de componentes.

¿Cuáles son las áreas objetivo del carburo de silicio?
Aunque el silicio seguirá siendo la tecnología principal durante la próxima década, hay algunas aplicaciones en las que tiene sentido evaluar la relación costo-rendimiento que permite el SiC ya en la actualidad. Aunque el costo de los MOSFET de carburo de silicio es mayor, el beneficio se puede conseguir a nivel de sistema; en ese caso, alcanzamos el tan llamado punto de inflexión.

• 1.  Fotovoltaico
  La densidad de potencia de un inversor de cadena solar puede multiplicarse en un factor de 2,5 con CoolSiC™ en comparación con los IGBT de Si. Además, se puede reducir la cantidad de conmutadores: soluciones de 3 niveles en lugar de 5, lo que conlleva un menor riesgo de fallas. Por último, la eficiencia del sistema se sitúa en el 99,1 % frente al 98,9 %.


• 2.  Sistema de alimentación ininterrumpida (UPS)
  Gracias a CoolSiC™ las pérdidas de potencia se reducen en más de un 40 %. El costo de funcionamiento de un sistema UPS de 1 MW que funcione al 50 % de la carga durante 5 años se puede reducir en casi un 50 % al momento del intercambio por una solución de 2 niveles basada en silicio por la solución disruptiva de 2 niveles de SiC.


• 3.  Servomotores
  La construcción de servomotores con MOSFET de CoolSiC™ permite reducir las pérdidas en todos los modos de funcionamiento con una reducción de las pérdidas del sistema de hasta el 80 %.
  El disipador de calor puede ser hasta un 60 % más pequeño, o incluso, se pueden conseguir unidades sin ventilador, que conlleva menos mantenimiento.
  Además, se puede reducir el cableado, ya que es posible la integración de un inversor compacto directamente en el motor.

¿Qué tiene de especial la tecnología SiC de Infineon?
Al desarrollar el MOSFET de CoolSiC™ de Infineon sopesó los siguientes aspectos: confiabilidad, compatibilidad del sistema, robustez, volumen y capacidad de fabricación, así como la posición de costos.

Entonces se llegó a la conclusión de basar la solución de carburo de silicio en un concepto actualizado. En comparación con las soluciones planares de la competencia, CoolSiC™ presenta:

• -  Mayor confiabilidad del óxido de la compuerta
• -  Tensión de umbral de V_th > 4 V
• -  Resistencia al cortocircuito de 2 µs
• -  Compuerta compatible con IGBT que lleva a +15 (18 V) para el encendido
• -  Encendido parasitario suprimido
• -  Es posible el encendido a 0 V

CoolSiC™ es, por tanto, tan robusto y confiable como el Silicio, pero con un nivel de rendimiento superior.

¿Qué hace que Infineon sea líder en calidad?
Dado que existen modos de falla específicos del material, Infineon va más allá del proceso de cualificación estándar con pruebas específicas y procedimientos de evaluación ampliados.

Por ejemplo, además de la prueba de esfuerzo para automóviles AEC-Q101 o la norma industrial JEDEc, Infineon monitorea:

• - Más ciclos de temperatura
• -  Mayor cantidad de horas de HTRB
• -  Altas tensiones, transitorios y sobretensiones
• -  Nuevos escenarios para pruebas climáticas y patrones de pruebas dinámicas

En consecuencia, el alcance de las pruebas de confiabilidad se amplió para reflejar los requisitos de la aplicación y las condiciones de campo.

Características principales

MOSFET de
• CoolSiC™ MOSFET frente a la competencia
• •  Mayor confiabilidad del óxido de la compuerta
• •  Tensión de umbral de V_th > 4 V
• •  Resistencia al cortocircuito de 2 µs
• •  Compuerta compatible con IGBT que lleva a +15 (18 V) para el encendido
• •  Encendido parasitario suprimido
• •  Es posible el encendido a 0 V

Aplicaciones generales

• •  Fotovoltaico
• •  UPS
• •  Servomotores
• •  Carga de vehículos eléctricos
• •  Sistemas de almacenamiento de energía
• •  Servidores y telecomunicaciones
• •  Inversor principal de movilidad electrónica
• •  Cargador incorporado de movilidad electrónica

Artículos relacionados

Seminario web: Introducción a CoolSiC de Infineon™
Libro blanco: Cómo Infineon controla y asegura la confiabilidad de los semiconductores de potencia basados en SiC
Conviértase en un experto en tecnología de carburo de silicio con Infineon
Blog 4 Ingenieros

Productos relacionados