Explore los casos de uso y los beneficios de la aplicación final que ofrece la gama ampliada de dispositivos de banda ancha prohibida (WBG) de ON Semiconductor, los MOSFET de Sic de canal N de 1200 V y 900 V, en este artículo de Brandon Becker, gerente de línea de productos de ON Semiconductor de Wide Band Gap.
ON Semiconductor ha ampliado su gama de dispositivos de banda ancha prohibida (WBG) con la introducción de dos nuevas familias: MOSFET de SiC de canal N de 1200 V y 900 V. Veamos más de cerca los casos de uso y las aplicaciones finales que más se benefician de estas nuevas soluciones de SiC con una sesión de preguntas y respuestas con los expertos de ON Semiconductor.
Q: ¿Cuál es la característica principal del NTHL020N120SC1, MOSFET de carburo de SiC, canal N, 1200 V, 20 mΩ?
A: El NTHL020N120SC1 fue diseñado para proporcionar pérdidas de conducción extremadamente bajas con una tensión de bloqueo (VDSS) de 1200V. Además, fue diseñado para funcionar rápidamente con baja resistencia de puerta interna (Rg=1.81Ω) y baja capacitancia de salida (Coss=260pF).Q: En comparación con los MOSFET de SiC de ON Semiconductor existentes (antes de lanzar el NTHL020N120SC1), ¿qué características se mejoraron en el NTHL020N120SC1?
A: Esta es la primera generación de MOSFET de SiC de ON Semiconductor, por lo que no se puede comparar con dispositivos anteriores. Sin embargo, estos dispositivos tienen algunas ventajas sobre otros dispositivos en el mercado: alto rendimiento de óxido (clasificación VGS+25V/-15V), sin cambio de Vth, sin cambio sobre el cuerpo de diodo, alta velocidad de conmutación, accionamiento de puerta suave con control dv/dt y fuerte cuerpo de diodo para conmutación dura.Q: ¿Cuáles son las especificaciones competitivas que ofrece NTHL020N120SC1?
A: Los dispositivos MOSFET de SiC de 1200 V son muy competitivos en el mercado y cumplen o superan la mayoría de las especificaciones de los clientes. Cada aplicación se preocupa por diferentes parámetros, pero en general, fue diseñada para operar rápidamente y reducir las pérdidas de conmutación y conducción. Esto se hizo al lograr un RDSon bajo, así como al elegir un resistor de puerta interna bajo para una conmutación rápida. Los dispositivos están diseñados para ser resistentes con inmunidad transitoria rápida capaz de superar los 100 V/ns.
Q: ¿Cuáles son las ventajas del SiC?
A: La ventaja del SiC comienza en que el material en sí tiene una fuerza de campo de ruptura dieléctrica 10 veces más alta, una velocidad de saturación de electrones 2 veces más alta, una brecha de energía 3 veces más alta y una conductividad térmica 3 veces más alta que el silicio. Los beneficios del sistema ofrecen la mayor eficiencia al reducir la pérdida de potencia, mayor densidad de potencia, mayor frecuencia de operación, mayor temperatura de operación, reducción de EMI y, lo más importante, menor tamaño y costo del sistema.
Aplicaciones finales
Q: ¿Cuál sería una aplicación final que utilizaría completamente la característica principal del NTHL020N120SC1?
A: Una amplia variedad de aplicaciones finales se beneficiarán significativamente al reducir el contenido de la lista de materiales y aumentar la densidad de potencia. Dos aplicaciones específicas donde esto es evidente son los inversores de energía solar, así como las estaciones de carga de vehículos eléctricos (EV).
Q: ¿Por qué el producto MOSFET de SiC beneficia especialmente a los inversores de energía solar y las estaciones de carga de vehículos eléctricos? ¿Tienen esas aplicaciones requisitos estrictos de tamaño/factor de forma? Si es así, ¿podría decirnos por qué o los requisitos?
A: Tradicionalmente, la mayoría de las etapas de PFC son complejas, tienen una frecuencia limitada y nunca han alcanzado una eficiencia superior al 98%. El uso de SiC permite menos componentes (menos complejos), pasivos más pequeños, mejor enfriamiento y una eficiencia superior al 98%.
Q: ¿Existe una gran demanda de estaciones de carga e inversores de energía solar más pequeños? Y si es así, ¿cuál es la razón?
A: Sí.
Inversores solares
Actualmente hay dos tendencias en el mercado de los inversores solares. ON Semiconductor tiene una participación estimada del 30% del mercado TAM.
1) Múltiples inversores pequeños <20kw para="" cada="" fila="" de="" paneles="" que="" convierten="" la="" cc="" en="" ca="" y="" luego="" se="" alimentan="" a="" un="" gran="" inversor="" de="" megavatios="">
1. Los pequeños inversores de <20kw normalmente="" se="" mueven="" a="" sic="" discreto="" para="" la="" etapa="" pcf.="" para="" llc="" es="" una="" combinación="" de="" sj="" y="" sic="" dependiendo="" del="" cronograma,="" los="" objetivos="" de="" costo="" y="" eficiencia.="">
2. Si el cliente se cambia a SiC, hay muchas ventajas, pero la tensión de activación de la puerta es mayor, por lo que es un inconveniente que el circuito debe rediseñarse.
2) Algunos inversores más grandes >20kW que toman varias filas de paneles y no alimentan a uno más grande
1. Los inversores más grandes >20kW suelen utilizar módulos de potencia.
2. Anteriormente, estos eran módulos IGBT, luego cambiaron a módulos híbridos los últimos 5 años (IGBT+Diodo de SiC), ahora vemos que se utilizan módulos MOSFET de SiC.
Estaciones de carga
Las estaciones de carga tienen cuatro niveles de potencia. Los niveles 1 y 2 son cargadores de CA de 1/3 fases. Estos cargadores no usan SiC y usan el OBC de un automóvil para cargar la batería. Los niveles 3 y 4 son de mayor potencia y usan AC/DC en el poste de carga, por lo que cuando se conecta a un automóvil, carga la batería directamente.
Además, estos 3 segmentos de "mercado" dentro de las estaciones de carga se clasifican como los siguientes:
1) Residencial - cargador de nivel 1 o 2
2) Comercial: nivel 2 o 3 (centro comercial, trabajo, en algún lugar donde el automóvil esté estacionado por un tiempo)
3) Carretera: nivel 3 o 4 (aquí es donde se utilizará el SiC)
En general, el mercado de carga en potencia especialmente alta todavía se está desarrollando. Aquí vemos que la mayoría son módulos de potencia debido a la alta potencia, pero hay algunos discretos en la LLC o en la etapa de rectificación secundaria.