Systemvorteile durch SiC-Bauelemente in Schaltnetzteilapplikationen

Abstract:
Silizium-Karbid-Leistungshalbleiter (SiC) werden im nächsten Jahrzehnt einige Bereiche der Leistungselektronik revolutionieren. Durch fortlaufende Bauelementeoptimierung und Verbesserung der Kostensituation ist mit einer deutlichen Vergrößerung des adressierbaren Marktpotentials zu rechnen. Dieser Beitrag beschäftigt sich mit der Rolle von Silizium-Karbid-Halbleitern in Hochleistungsschaltnetzteilen, bei denen höchste Wirkungsgrade erzielt werden sollen. Die Betrachtungen beziehen sich auf typische Applikationen im Server- und Telekom-Stromversorgungsbereich, da in diesen Sparten die Ausgangsleistung bei konstanten Kosten und gleich bleibender Größe pro Jahr um typisch 10% bis 20% steigen. Diese Anforderungen stellen immer höhere Ansprüche an den Wirkungsgrad der Schaltnetzteile. SiC-Bauelemente leisten hier einen wesentlichen Beitrag. Der Fokus dieses Artikels wird auf den Stand der Technik bei ausgewählten aktiven SiC-Bauelementen, SiC-Dioden und deren Applikation gelegt. Als Applikationsbeispiele für SiC-SBD (SiC-Schottky-Barriere-Diode) werden PFC-Stufen und Hochvolt-Tiefsetzsteller angeführt. Zur Anwendung von aktiven SiC-Bauelementen wird ein hartschaltender Tiefsetzsteller mit SiC-VJFETs (Vertikale JFETs) und SiC-SBD bei 200kHz Schaltfrequenz vorgestellt. Weiterführende Untersuchungen beschäftigen sich mit dem Systemvorteil durch 600V SiC-Bauelemente gegenüber Si-Bauelementen in Höchstfrequenz-PFC-Stufen bis 1MHz Schaltfrequenz.