Explorez les cas d'utilisation et les avantages des applications finales offerts par la gamme étendue d'appareils à large écart énergétique (WBG) ON Semiconductor, les MOSFET SiC à canal N 1 200 V et 900 V, dans cet article de Brandon Becker, responsable de gamme de produits à large écart énergétique chez ON Semiconductor.
ON Semiconductor a élargi sa gamme d'appareils à large écart énergétique (WBG) avec deux nouvelles familles : les MOSFET SiC à canal N 1200 V et 900 V. Regardons de plus près les cas d'utilisation et les applications finales qui bénéficient le plus de ces nouvelles solutions SiC à l'aide d'une série de questions et de réponses posées à des experts ON Semiconductor.
Q : Quelle est la caractéristique principale du MOSFET au carbure SiC, canal N, 1200 V, 20 mΩ NTHL020N120SC1 ?
R : Le modèle NTHL020N120SC1 est conçu pour garantir des pertes de conduction extrêmement faibles avec une tension de blocage (VDSS) de 1 200 V. De plus, il a été conçu pour conduire vite avec une faible résistance de barrière interne (Rg = 1,81 Ω) et une faible capacitance de sortie (Coss = 260pF).Q : Comparé aux autres MOSFET SiC ON Semiconductor existants (antérieurs au modèle NTHL020N120SC1), quelles caractéristiques ont été améliorées dans le NTHL020N120SC1 ?
R : Il s'agit de la première génération de MOSFET SiC ON Semiconductor, elle ne peut donc pas être comparée aux appareils précédents. Toutefois, ces appareils présentent quelques avantages par rapport aux autres produits sur le marché – solide performance d'oxyde (VGS +25 V/-15 V), pas de dérive du seuil de tension (Vth), pas de dérive de diode de corps, vitesse de commutation élevée, commande de porte souple avec contrôle dv/dt et diode du corps robuste pour commutation dure.Q : Quelles caractéristiques concurrentielles offre le NTHL020N120SC1 ?
R : Les appareils MOSFET SiC 1200 V sont très compétitifs sur le marché, avec des spécifications répondant aux attentes des clients ou les dépassant. Chaque application traite de paramètres différents mais, en général, est conçue pour fonctionner rapidement, réduisant la commutation et les pertes de conduction. Ce résultat est obtenu grâce à un faible RDS(on) et au choix d'une faible résistance de barrière interne pour une commutation rapide. Les appareils sont conçus pour être robustes avec une immunité transitoire rapide d'une capacité de plus de 100 V/ns.
Q : Quels sont les avantages du SiC ?
R : L'avantage du SiC (carbure de silicium) commence dans le matériau lui-même qui possède une intensité de champ de claquage diélectrique 10x supérieure, une vitesse de saturation électronique 2x supérieure, une largeur de bande d'énergie 3x supérieure et une conductivité thermique 3x supérieure au silicium. Pour le système, les avantages comprennent notamment une efficacité accrue grâce à une perte de puissance réduite, une plus grande densité de puissance, une fréquence de fonctionnement plus élevée, une température de fonctionnement plus élevée, une réduction des interférences électromagnétiques et, plus important, une réduction du coût et de la taille du système.
Applications finales
Q : Quelle application finale tirera pleinement parti de la caractéristique principale de NTHL020N120SC1 ?
R : Une grande variété d'applications finales en bénéficiera grandement par la réduction de sa nomenclature et l'accroissement de sa densité de puissance. Deux applications spécifiques en bénéficieront à l'évidence : les onduleurs solaires et les bornes de recharge de véhicules électriques.
Q : Pourquoi le MOSFET SiC bénéficiera-t-il en particulier aux onduleurs solaires et aux bornes de recharge de véhicules électriques ? Ces applications ont-elles des exigences strictes en termes de taille/facteur de forme ? Si oui, pouvez-vous nous en dire plus ?
R : Traditionnellement, la plupart des étapes de correction du facteur de puissance (PCF) sont complexes, ont une fréquence limitée et n'atteignent jamais plus de 98 % d'efficacité. L'utilisation du SiC permet de réduire le nombre de composants (complexité moindre), des passifs plus petits, un meilleur refroidissement ainsi qu'une efficacité supérieure à 98 %.
Q : La demande d'onduleurs solaires et de bornes de recharge est-elle importante ? Si oui, pour quelle raison ?
R : Oui.
Onduleurs solaires
Il existe actuellement deux tendances sur le marché des onduleurs solaires. ON Semiconductor occupe une part d'environ 30 % du marché TAM.
1) Multiples petits onduleurs < 20kw="" pour="" chaque="" ligne="" de="" panneaux="" qui="" convertissent="" le="" courant="" cc="" en="" ca,="" puis="" alimentent="" un="" gros="" onduleur="" en="" megawatt="">
1. En règle générale, les petits onduleurs < 20kw="" passent="" au="" sic="" discret="" pour="" l'étape="" pcf.="" pour="" llc,="" on="" observe="" un="" mélange="" de="" sj="" et="" de="" sic="" suivant="" les="" objectifs="" de="" délai,="" de="" coût="" et="" d'efficacité.="">
2. Il y a quelques avantages à passer au SiC mais la tension de commande de porte est plus élevée et contraint à la reconception du circuit.
2) Quelques onduleurs de grande taille > 20kW qui gèrent plusieurs lignes de panneaux sans alimenter un onduleur plus gros
1. Les onduleurs > 20kW utilisent généralement des modules d'alimentation.
2. Il y eut d'abord des modules IGBT, puis des modules hybrides (IGBT + diode SiC) ces cinq dernières années. Nous observons aujourd'hui des modules MOSFET SiC.
Bornes de recharge
Les bornes de recharge ont quatre niveaux de puissance. Les niveaux 1 et 2 sont des chargeurs CA monophasés et triphasés. Ces chargeurs n'utilisent pas de SiC utilisent un chargeur embarqué (OBC) pour charger la batterie. Les niveaux 3 et 4 sont de puissance supérieure et utilisent CA/CC sur le mât de charge de sorte que lorsque vous connectez le chargeur à une voiture, il charge directement la batterie.
De plus, ces 3 segments de « marché » au sein des bornes de recharge sont classifiés comme suit :
1) Résidentiel – chargeur de niveau 1 ou 2
2) Commercial – chargeur de niveau 2 ou 3 (centre commercial, travail, là où la voiture sera garée quelque temps)
3) Autoroute – chargeur de niveau 3 ou 4 (où SiC sera utilisé)
En règle générale, le marché de la recharge, notamment à puissance élevée, est encore en développement. Nous observons une majorité de modules d'alimentation en raison de la puissance élevée, mais il existe des modèles discrets au stade de la rectification secondaire ou LLC.