I vantaggi della tecnologia CoolSiC™ di Infineon

I MOSFET al carburo di silicio sono basati su un materiale cosiddetto ad "ampia banda proibita", completano la gamma esistente di IGBT e MOSFET, soddisfano intervalli di potenza tipicamente superiori a 1 kW e consentono frequenze di commutazione di diverse centinaia di kilohertz.

Ma qual è la magia dell'ampia banda proibita?
L'ampia banda proibita è direttamente correlata al campo di rottura. Un campo di rottura più elevato determina un funzionamento a tensione più elevata per una determinata dimensione rispetto al silicio (strati attivi più sottili), il che si traduce in una densità di potenza estesa e una commutazione a frequenza più elevata. Inoltre, grazie all'eccezionale conduttività termica, è possibile sfruttare la migliore dissipazione del calore.

Gli strati attivi più sottili contengono anche un numero maggiore di elettroni liberi e, di conseguenza, una minore resistenza del foglio RS, consentendo ai progettisti di utilizzare dispositivi unipolari al carburo di silicio per tensioni di blocco più elevate, dove solitamente vengono utilizzati gli IGBT.

Inoltre, rispetto agli IGBT, il carburo di silicio offre perdite di commutazione ridotte, diodi privi di tensione di ginocchio in stato on e integrati a ruota libera, pertanto è possibile realizzare un numero ridotto di componenti.

Quali sono le aree target del carburo di silicio?
Sebbene il silicio rimarrà la tecnologia principale per il prossimo decennio, ci sono alcune applicazioni in cui è utile valutare il rapporto costo-prestazioni offerto oggi dal SiC. Nonostante il costo dei MOSFET al carburo di silicio sia maggiore, i vantaggi sono a livello di sistema: in tal caso, siamo arrivati al cosiddetto punto di svolta.

• 1.  Fotovoltaico
  La densità di potenza di un inverter solare di stringa può essere aumentata di un fattore 2,5 con CoolSiC™ rispetto agli IGBT Si. Inoltre, il numero di interruttori può essere ridotto: soluzioni di livello 3 anziché di livello 5 comportano un minor rischio di guasti. Infine, l'efficienza del sistema è del 99,1 % rispetto al 98,9 %.


• 2.  Gruppo di continuità (UPS)
  Grazie al CoolSiC™, le perdite di potenza sono ridotte di oltre il 40 %. Il costo per l'esecuzione di un sistema UPS da 1 MW funzionante al 50 % del carico per 5 anni può essere ridotto di quasi il 50 % quando si sostituisce una soluzione di livello 2 a base di silicio con la straordinaria soluzione SiC di livello 2.


• 3.  Servoazionamenti
  La realizzazione di servoazionamenti con MOSFET CoolSiC™ riduce le perdite in tutte le modalità operative, con una riduzione fino all'80 % delle perdite di sistema.
  Il dissipatore di calore può essere fino al 60% più piccolo ed è anche possibile realizzare unità senza ventola, il che comporta meno manutenzione.
  Anche il cablaggio può essere ridotto poiché è possibile integrare un inverter compatto, direttamente su un motore.

Cosa c'è di così speciale nella tecnologia SiC di Infineon?
Nel corso dello sviluppo dei MOSFET CoolSiC™, Infineon ha confrontato i seguenti aspetti: affidabilità, compatibilità del sistema, robustezza, volume e capacità di produzione, nonché la posizione dei costi.

Ha quindi deciso di basare la soluzione di carburo di silicio su un concetto di trench. Rispetto alle soluzioni planari della concorrenza, CoolSiC™ presenta:

• - Affidabilità superiore dell'ossido di gate
• - Tensione di soglia V_s > 4 V
• - Robustezza al cortocircuito di 2 µs
• - Azionamento del gate compatibile IGBT +15 (18 V) per accensione
• - Accensione parassitica soppressa
• - Accensione possibile a 0 V

CoolSiC™ è quindi robusto e affidabile come il silicio, ma con prestazioni di livello superiore.

Perché Infineon è leader in termini di qualità?
Dal momento che esistono modalità di guasto specifiche del materiale, Infineon va oltre il processo di qualificazione standard con test dedicati e procedure di screening approfondite.

Ad esempio, oltre al test stress automobilistico AEC-Q101 o allo standard industriale JEDECc, Infineon monitora:

• - Più cicli di temperatura
• - Più ore HTRB
• - Alte tensioni, transienti e picchi
• - Nuovi scenari per test climatici e modelli di test dinamici

L'ambito dei test di affidabilità è stato di conseguenza esteso per riflettere i requisiti dell'applicazione e le condizioni del campo.

Caratteristiche principali

• MOSFET CoolSiC™ rispetto alla concorrenza
• •  Affidabilità superiore dell'ossido di gate
• •  Tensione di soglia V_s > 4 V
• •  Robustezza al cortocircuito, 2 µs
• •  Azionamento del gate compatibile IGBT, +15 (18 V) per accensione
• •  Accensione parassitica soppressa
• •  Accensione possibile a 0 V

Applicazioni generali

• •  Fotovoltaico
• •  UPS
• •  Servoazionamenti
• •  Ricarica di veicoli elettrici
• •  Sistemi di accumulo della corrente
• •  Server e telecomunicazioni
• •  Inverter della corrente per e-Mobility
• •  Caricatore a bordo per e-Mobility

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