Firmenblog über Lieferung von Mitsubishi SiC-Leistungsgeräten: SiC-DIPIPM, SiC-Leistungsmodul, SiC-MOSFET

Liefern von Mitsubishi SiC-Leistungsbauelementen: SiC DIPIPM, SiC-Leistungsmodul, SiC-MOSFET

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd.,als professioneller Distributor für elektronische Bauelemente nutzt jahrelange Branchenerfahrung und eine stabile Lieferkette, um Lösungen für elektronische Bauelemente für den Markt bereitzustellen, darunter 5G-Chips, neue Energie-ICs, IoT-ICs, Bluetooth-ICs, Fahrzeugvernetzung-ICs, Automobil-ICs, Kommunikations-ICs, künstliche Intelligenz-ICs, Speicher-ICs, Sensor-ICs, Mikrocontroller-ICs, Transceiver-ICs, Ethernet-ICs, WiFi-Chips, drahtlose Kommunikationsmodule, Steckverbinder und andere Produkte. Das Unternehmen hat sich stets an dem Prinzip „Kunden dienen und Kunden zugute kommen“ orientiert und bietet seinen Kunden hochwertige und vielfältige elektronische Bauelemente.

Die Mitsubishi SiC-Leistungsbauelementeserie deckt die gesamte Produktlinie von diskreten Bauelementen bis hin zu intelligenten Modulen ab und umfasst hauptsächlich drei Hauptkategorien:

SiC DIPIPM (Dual In-Line Package Intelligent Power Module): Eine kompakte Lösung, die Treiberschaltungen und Schutzfunktionen integriert

SiC-Leistungsmodule: Einschließlich All-SiC-Module und Hybrid-SiC-Module, geeignet für Anwendungen mit mittlerer bis hoher Leistung

SiC-MOSFET: Diskrete Bauelementform, bietet Designflexibilität und Vorteile bei hohen Frequenzen

Diese Produkte nutzen die einzigartigen physikalischen Eigenschaften von SiC-Material, wie z. B. hohe Durchbruchfeldstärke, hohe Wärmeleitfähigkeit und hohe Elektronen-Sättigungsdriftgeschwindigkeit, um erhebliche Vorteile in Bereichen wie neuer Energieerzeugung, Elektrofahrzeugantrieben, industriellen Frequenzumrichtern und intelligenten Stromnetzen zu demonstrieren. Im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-basierten Bauelementen können Mitsubishi SiC-Leistungsbauelemente den Energieverbrauch des Systems um über 30 % senken, die Leistungsdichte deutlich erhöhen und gleichzeitig die Systemgröße und das Gewicht reduzieren.

Merkmale der intelligenten Mitsubishi SiC DIPIPM-Leistungsmodule

Mitsubishi SiC DIPIPMs repräsentieren die zukunftsweisende Entwicklung der intelligenten Leistungsmodultechnologie. Diese Module integrieren SiC-MOSFETs oder SiC-SBDs (Schottky-Barrier-Dioden) mit Treiberschaltungen und Schutzfunktionen in einem kompakten Dual-In-Line-Gehäuse und bieten Systemdesignern eine Plug-and-Play-Lösung mit hohem Wirkungsgrad. Im Vergleich zu herkömmlichen IPMs (Intelligent Power Modules) nutzen SiC DIPIPMs die Leistungsvorteile von Siliziumkarbid-Materialien voll aus und behalten gleichzeitig die Vorteile der einfachen Konstruktion und hohen Zuverlässigkeit, wodurch sie sich besonders für Anwendungen mit Platzbeschränkungen, aber hohen Leistungsanforderungen eignen.

Technische Merkmale von SiC DIPIPMs

Die SiC DIPIPM-Module von Mitsubishi beinhalten mehrere innovative Technologien, wobei die wichtigsten Merkmale sind:

Hocheffizientes Design: Durch den Einsatz von SiC-MOSFETs als Schaltelemente reduziert der SiC DIPIPM den Einschaltwiderstand und die Schaltverluste im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-basierten IGBTs erheblich. Testdaten zeigen, dass die Gesamtverluste des SiC DIPIPM unter identischen Betriebsbedingungen um über 40 % im Vergleich zu Silizium-basierten IPMs reduziert werden können, was zu einer Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads des Systems um 2–5 Prozentpunkte führt.

Fähigkeit zum Betrieb mit hoher Frequenz: Die Eigenschaften des SiC-Materials ermöglichen es dem DIPIPM, mit höheren Schaltfrequenzen (bis zu 100 kHz oder höher) zu arbeiten, ohne übermäßige Schaltverluste wie bei Siliziumbauelementen zu verursachen. Diese Funktion ermöglicht es Anwendungssystemen, kleinere passive Bauelemente (wie Induktivitäten und Kondensatoren) zu verwenden, wodurch die Systemgröße und das Gewicht reduziert werden.

Integrierte Schutzfunktionen: Das Modul enthält mehrere Schutzschaltungen, darunter Unterspannungssperre (UVLO), Überstromschutz (OCP), Übertemperaturschutz (OTP) und Kurzschlussschutz (SCP). Diese Schutzfunktionen werden über einen dedizierten Steuer-IC implementiert, mit Reaktionszeiten von Mikrosekunden, wodurch effektiv verhindert wird, dass Leistungsbauelemente durch abnormale Bedingungen beschädigt werden.

Vereinfachtes Wärmemanagement: Aufgrund der Hochtemperaturbetriebsfähigkeit von SiC-Bauelementen (maximale Sperrschichttemperatur bis zu 200°C) und geringen Verlusten hat DIPIPM relativ geringe Anforderungen an die Wärmeableitungssysteme. In vielen Anwendungen können einfache Aluminiumkühlkörper oder sogar Leiterplatten-Kupferfolien-Wärmeableitung die Anforderungen erfüllen, wodurch die Komplexität und die Kosten des thermischen Systemdesigns erheblich reduziert werden.

Kompakte Verpackung: Durch die Verwendung des Industriestandard-DIP-Formfaktors (Dual-In-Line-Gehäuse) mit optimiertem Pin-Abstand und -Anordnung wird das Leiterplatten-Layout-Design erleichtert. Die typische Gehäusegröße beträgt nur ein Drittel bis die Hälfte der herkömmlichen IPMs, wodurch es sich besonders für platzbeschränkte Embedded-Anwendungen eignet.

Vergleich und Analyse der All-SiC-Leistungsmodule und Hybrid-SiC-Leistungsmodule von Mitsubishi

Als führendes Unternehmen im Bereich der Leistungshalbleiter bietet Mitsubishi Electric zwei Hauptproduktserien an: SiC-Leistungsmodule und Hybrid-SiC-Leistungsmodule, die den Anforderungen an ausgewogene Leistung und Kosten in verschiedenen Anwendungsszenarien gerecht werden. Obwohl diese beiden Modultypen ähnliche Namen haben, weisen sie erhebliche Unterschiede in der technischen Architektur, den Leistungseigenschaften und der Anwendungspositionierung auf. Ein gründliches Verständnis dieser Unterschiede ist für Ingenieure entscheidend, um die richtige Auswahl zu treffen und das Systemdesign zu optimieren.

Technische Vorteile von All-SiC-Leistungsmodulen

Die All-SiC-Leistungsmodule von Mitsubishi werden aus reinem Siliziumkarbid-Material hergestellt, wobei alle Schaltelemente und Dioden im Modul auf SiC basierende Halbleiter sind, hauptsächlich SiC-MOSFETs und SiC-SBDs (Schottky-Barrier-Dioden). Diese „All-SiC“-Architektur bietet mehrere Leistungsvorteile:

Ultra-geringe Schaltverluste: SiC-MOSFETs haben extrem schnelle Schaltgeschwindigkeiten, wobei die Energieverluste während der Ein- und Ausschaltvorgänge nur 1/5 bis 1/10 der Verluste in Silizium-IGBTs betragen. Diese Eigenschaft macht All-SiC-Module besonders geeignet für Hochfrequenz-Schaltanwendungen, wie z. B. die DC-DC-Boost-Stufe in Solarwechselrichtern.

Hochtemperaturbetriebsfähigkeit: Die Wide-Bandgap-Eigenschaften von SiC-Material (3,26 eV) ermöglichen einen zuverlässigen Betrieb bei Sperrschichttemperaturen von 200°C oder höher, während herkömmliche Siliziumbauelemente typischerweise auf Temperaturen unter 150°C begrenzt sind. Diese Funktion vereinfacht das Design des Wärmeableitungssystems und erhöht die Leistungsdichte.

Hohe Sperrspannung: Die HV-SiC-Hochspannungs-Leistungsmodule von Mitsubishi können Sperrspannungen von über 10 kV erreichen, wodurch sie sich besonders für Hochspannungsanwendungen wie intelligente Stromnetze, Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ) und großindustrielle Antriebe eignen.

Vorteile auf Systemebene: Tatsächliche Anwendungsdaten zeigen, dass Systeme, die All-SiC-Module verwenden, den Energieverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-basierten IGBT-Lösungen um über 30 % senken und gleichzeitig die Systemgröße und das Gewicht erheblich reduzieren können. In Elektrofahrzeug-Ladestationen können All-SiC-Module beispielsweise den Ladeeffizienz um 2-3 % erhöhen und gleichzeitig die Größe der Leistungseinheit um 40 % reduzieren.

Kosten-Nutzen-Ausgleich von Hybrid-SiC-Leistungsmodulen

Hybrid-SiC-Leistungsmodule verfolgen einen Kompromissansatz, indem sie SiC-Schottky-Barrier-Dioden (SBDs) mit Silizium-basierten IGBTs in demselben Modul kombinieren. Dieses Design erreicht ein gutes Gleichgewicht zwischen Leistungsverbesserung und Kostenkontrolle:

Verbesserung der Diodenleistung: Die Freilaufdioden im Modul verwenden SiC-SBDs, wodurch die inhärenten Rückwärtswiederherstellungsprobleme von Siliziumdioden vollständig eliminiert und die Rückwärtswiederherstellungsverluste um über 80 % reduziert werden. Diese Verbesserung reduziert das Schaltrauschen und die Verluste während des Abschaltens der Diode erheblich.

Kostenvorteil: Durch die Beibehaltung von Silizium-basierten IGBTs als Schaltelemente sind die Kosten für Hybrid-SiC-Module 30-50 % niedriger als bei All-SiC-Lösungen, wodurch sie für preissensible Anwendungen zugänglicher werden.

Kompatibilität mit bestehenden Designs: Die Treibanforderungen für Hybrid-SiC-Module sind im Wesentlichen die gleichen wie für Standard-IGBTs, sodass Ingenieure die Systemleistung verbessern können, ohne die vorhandenen Treiberschaltungen wesentlich zu modifizieren, wodurch die Komplexität der Designmigration reduziert wird.

Die Hybrid-SiC-Leistungsmodule von Mitsubishi eignen sich besonders für Anwendungen, die eine hohe Zuverlässigkeit und schrittweise Leistungsverbesserungen erfordern, wie z. B. industrielle Motorantriebe, Windkrafterzeugung und Schienenverkehr.

Eigenschaften von diskreten Mitsubishi SiC-MOSFET-Bauelementen

Diskrete Mitsubishi SiC-MOSFET-Bauelemente bieten mehr Flexibilität und Anpassungsmöglichkeiten für das Design von Leistungselektroniksystemen. Im Gegensatz zu integrierten SiC-Leistungsmodulen ermöglichen diskrete SiC-MOSFETs Ingenieuren die freie Auswahl von Topologiestrukturen, Layoutkonfigurationen und Wärmeableitungslösungen, wodurch sie sich besonders für Anwendungen eignen, die spezielle Konfigurationen erfordern oder für solche mit extremer Kostenempfindlichkeit.

Kernleistungsparameter und Vorteile

Diskrete Mitsubishi SiC-MOSFET-Bauelemente weisen mehrere bahnbrechende Leistungskennzahlen auf, die neue Möglichkeiten für das Design von Leistungselektronik eröffnen:

Geringer Einschaltwiderstand: Dank der hohen kritischen Durchbruchfeldkennwerte von SiC-Materialien erreichen Mitsubishi SiC-MOSFETs einen geringeren Einschaltwiderstand (Rds(on)) als Silizium-basierte MOSFETs bei gleicher Spannungsfestigkeit. Beispielsweise können Bauelemente mit einer Spannungsfestigkeit von 1200 V einen Einschaltwiderstand von nur 40 mΩ oder weniger erreichen, wodurch die Leitungsverluste erheblich reduziert werden.

Ultra-schnelle Schaltgeschwindigkeit: Die Schaltzeit von SiC-MOSFETs liegt typischerweise im Bereich von zehn Nanosekunden, was eine Größenordnung schneller ist als bei Silizium-IGBTs. Diese Eigenschaft reduziert nicht nur die Schaltverluste, sondern ermöglicht es dem System auch, mit höheren Frequenzen zu arbeiten, wodurch die Größe der passiven Bauelemente reduziert wird.

Hervorragende Body-Dioden-Eigenschaften: Im Gegensatz zu Silizium-MOSFETs weist die Body-Diode von SiC-MOSFETs einen geringeren Durchlassspannungsabfall und praktisch keine Rückwärtswiederherstellungsladung auf, wodurch in bestimmten Anwendungen externe Freilaufdioden überflüssig werden und das Schaltungsdesign vereinfacht wird.

Hochtemperaturstabilität: Mitsubishi SiC-MOSFETs weisen minimale Änderungen in der Transkonduktanz (gfs) und der Schwellenspannung (Vth) bei hohen Temperaturen auf, wodurch stabile Schalteigenschaften über den gesamten Betriebstemperaturbereich gewährleistet werden.