Esplora i casi d'uso e i vantaggi applicativi finali offerti dalla gamma ampliata di dispositivi WBG (Wide Bandgap) di ON Semiconductor, i MOSFET Sic a 1200 V e 900 V a canale N, in questo articolo di Brandon Becker, Product Line Manager di ON Semiconductor per il Wide Band Gap.
ON Semiconductor ha ampliato la propria gamma di dispositivi wide bandgap (WBG) con l'introduzione di due nuove famiglie: MOSFET SiC a canale N da 1200 V e 900 V. Diamo un'occhiata più da vicino ai casi d'uso e alle applicazioni finali che beneficiano maggiormente di queste nuove soluzioni SiC con una sessione di domande e risposte con gli esperti di ON Semiconductor.
D: Qual è la caratteristica principale del MOSFET NTHL020N120SC1, MOSFET SiC Carbide, canale N, 1200 V, 20 mΩ?
R: Il modello NTHL020N120SC1 è stato progettato per fornire perdite di conduzione estremamente basse con una tensione di blocco (VDSS) di 1200 V. Inoltre, è stato progettato per il pilotaggio veloce con bassa resistenza interna del gate (Rg = 1,81Ω) e bassa capacità di uscita (Coss = 260pF).D: Rispetto ai MOSFET ON Semiconductor SiC esistenti (prima del rilascio della NTHL020N120SC1), quali caratteristiche sono state migliorate in NTHL020N120SC1?
R: Questa è la prima generazione di MOSFET SiC di ON Semiconductor, quindi non può essere paragonata ai dispositivi precedenti. Tuttavia, questi dispositivi hanno alcuni vantaggi rispetto ad altri dispositivi sul mercato, come forti prestazioni di ossido (VGS nominale +25V/-15V), nessuna deriva Vth, nessuna deriva del diodo corporeo, alta velocità di commutazione, azionamento fluido del gate con controllo dv/dt e forte diodo corporeo per la commutazione dura.D: Quali sono le specifiche competitive offerte da NTHL020N120SC1?
R: I dispositivi MOSFET SiC a 1200 V sono molto competitivi sul mercato, incontrando o battendo la maggior parte delle specifiche dei clienti. Ogni applicazione si occupa di diversi parametri, ma in generale è stata progettata per operare rapidamente, riducendo le perdite di commutazione e di conduzione. Questo è stato fatto ottenendo un basso RDSon, così come la scelta di una bassa resistenza interna del gate per la commutazione veloce. I dispositivi sono progettati per essere robusti con una veloce immunità ai transitori capace di oltre 100 V/ns.
D: Quali sono i vantaggi del SiC?
R: Il vantaggio del SiC inizia nel materiale stesso che ha un'intensità di campo di rottura dielettrica 10 volte superiore, una velocità di saturazione degli elettroni 2 volte superiore, un gap di energia cattiva 3 volte superiore e una conducibilità termica 3 volte superiore rispetto al silicio. I vantaggi del sistema offrono la massima efficienza grazie alla riduzione delle perdite di potenza, alla maggiore densità di potenza, alla maggiore frequenza d'esercizio, all'aumento della temperatura di funzionamento, alla riduzione delle interferenze elettromagnetiche e, soprattutto, alla riduzione delle dimensioni e dei costi del sistema.
Applicazioni finali
D: Qual è un'applicazione finale che sfrutterà appieno la caratteristica principale di NTHL020N120SC1?
R: Un'ampia varietà di applicazioni finali otterrà notevoli vantaggi grazie alla riduzione del contenuto della distinta base e all'aumento della densità di potenza. Due applicazioni specifiche in cui ciò è evidente sono gli inverter solari e le stazioni di ricarica per veicoli elettrici (EV).
D: Perché il prodotto MOSFET SiC va a vantaggio soprattutto degli inverter solari e delle stazioni di ricarica per veicoli elettrici? Queste applicazioni hanno elevati requisiti di dimensione/fattore di forma? In caso affermativo, quali sono il contesto o le esigenze?
R: Tradizionalmente la maggior parte degli stadi PFC sono complessi, hanno una frequenza limitata e non hanno mai raggiunto un'efficienza superiore al 98%. L'utilizzo del SiC consente un minor numero di componenti (meno complessi), passive più piccole, un migliore raffreddamento, oltre ad un'efficienza superiore al 98%.
D: C'è una grande richiesta di inverter solari e stazioni di ricarica più piccoli? In caso affermativo, quali sono i motivi?
R: Sì.
Inverter solari
Attualmente ci sono due tendenze nel mercato degli inverter solari. ON Semiconductor ha una quota del 30% circa del mercato TAM.
1) Svariati piccoli inverter < 20="" kw="" per="" ogni="" fila="" di="" pannelli="" che="" convertono="" la="" cc="" in="" ca="" e="" poi="" alimentano="" un="" grande="" inverter="" da="" megawatt="">
1. I piccoli inverter < 20="" kw="" si="" muovono="" tipicamente="" verso="" il="" sic="" discreto="" per="" lo="" stadio="" pcf.="" per="" llc="" è="" un="" mix="" di="" sj="" e="" sic="" a="" seconda="" della="" linea="" temporale,="" dei="" costi="" e="" degli="" obiettivi="" di="" efficienza.="">
2. Se il cliente passa al SiC, ci sono molti vantaggi, ma la tensione di azionamento del cancello è più alta, quindi è uno svantaggio che il circuito deve essere riprogettato.
2) Alcuni inverter più grandi > 20 kW che prendono più file di pannelli e non alimentano uno più grande
1. Gli inverter più grandi > 20 kW utilizzano tipicamente moduli di alimentazione.
2. In precedenza si trattava di moduli IGBT, poi si è passati a moduli ibridi negli ultimi 5 anni (IGBT + diodo SiC), ora si stanno utilizzando moduli MOSFET SiC.
Stazioni di ricarica
Le stazioni di ricarica hanno quattro livelli di potenza. I livelli 1 e 2 sono caricabatterie a corrente alternata a 1/3 di fase. Questi caricabatterie non utilizzano il SiC e utilizzano l'OBC di un'auto per caricare la batteria. I livelli 3 e 4 sono di potenza superiore e utilizzano CA/CC sul polo di ricarica, quindi quando si collega ad un'auto carica direttamente la batteria.
Inoltre, questi 3 segmenti di "mercato" all'interno delle stazioni di ricarica sono classificati come segue:
1) Residenziale - caricabatterie di livello 1 o 2
2) Commerciale - livello 2 o 3 (centro commerciale, lavoro, luogo in cui la macchina resta parcheggiata per un po')
3) Autostrada - livello 3 o 4 (qui è dove verrà utilizzato il SiC)
In generale, il mercato della ricarica di potenza particolarmente elevata è ancora in fase di sviluppo. Qui vediamo che la maggior parte sono moduli di potenza a causa dell'alta potenza, ma ci sono alcuni discreti sullo stadio di raddrizzamento LLC o secondario.