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Stark beschleunigte Elektrifizierung und steigende Anforderungen

Kostengünstige hoch effiziente Leistungswandlung durch SiC Technologie

Damit Stromnetze zuverlässig und effizient arbeiten, sind internationale Standards definiert, die Rückwirkungen auf das Netz begrenzen, die von zahlreichen elektronischen Anwendungen erzeugt werden. Die Leistungsfaktorkorrektur (PFC) ist ein sehr effizienter und effektiver Ansatz, um solche Oberschwingungen zu reduzieren. Eine solche PFC steuert letztendlich den AC-Eingangsstrom so, dass die tatsächliche Leistung aus dem Netz in Sachen Effizienz maximiert wird.  

Eine hoch effiziente Form ist die brückenlose Totem-Pole PFC (TPPFC). Diese ist durch die Reduzierung der Anzahl der Halbleiterbauteile gegenüber der herkömmlichen PFC weiter verbessert, was zu einem höheren Wirkungsgrad (über 99%) und einer höheren Leistungsdichte führt. Gleichzeitig ermöglicht diese Form des Aufbaus auch die Einhaltung der geltenden EMV Richtlinien. UnitedSiCTM bietet seit kurzem eine neue Generation von Siliziumkarbid (SiC) Produkten, die nun auch den so wichtigen kontinuierlichen Betrieb (CCM) der Totem-Pole PFC Stufe ermöglichen und zu einer einfachen, effizienten und kostengünstigen Lösung machen.

«BeFAST lässt eine sehr schnelle und kostengünstige Analyse von SiC Technologie zu, ohne den langwierigen Weg der Anpassung von Komponenten und der Änderungen des Layout gehen zu müssen.»

Harald Thomas, Product Manager, Angst+Pfister Sensors and Power

 

Das Angst+Pfister „BeFAST“ (Bild 1) ist weltweit die erste verfügbare Testplattform zur Untersuchung der Schlüsselparameter dieser neuen SiC Produkte. Diese Platine erledigt die komplexe Suche nach geeigneten und verwendet für den Betrieb notwendige   Komponenten. Gleichzeitig ist das Layout so entworfen worden, dass es die zu untersuchenden Produkteigenschaften nicht verfälscht.  

BeFAST lässt eine sehr schnelle und kostengünstige Analyse von SiC Technologie zu, ohne den langwierigen Weg der Anpassung von Komponenten und der Änderungen des Layout gehen zu müssen. 

SiC-Technologie wird als Leistungsschalter bei den PFC verwendet, weil diese erheblich verbesserten Produkteigenschaften gegenüber herkömmlicher Technologie bietet. Zur Verbesserung der Effizienz tragen bessere Werte des Einschaltwiderstand RDS(on) und geringere Höhe der Ladung (QRR), die sich in der integrierten Diode ansammelt und dadurch Verluste verursacht, bei. Zu hohe Werte dieser beiden Produkteigenschaften haben bisher den effizienten Betrieb (CCM) verhindert. Als weiteren Vorteil bietet die SiC Technologie eine höhere Schaltfrequenz. Das bedeutet, das alle mit Frequenz belasteten Komponenten bei steigender Frequenz in der Bauform kleiner werden.

Der Einsatz dieser neuen SiC Generation in TPPFC Stufen gewinnt weiter an Bedeutung, wenn Platzbedarf oder Kosten optimiert werden müssen. So könnten bei einem Spitzenwirkungsgrad oberhalb 99% und einer Last grösser als 50% die beiden SiC Schalter im sogenannten „slow leg“, auch durch kostengünstige Silizium Superjunction Schalter ersetzt werden. In diesem Fall wären diese Schalter auch sehr einfach durch Standard Silizium Dioden zu ersetzen. Plus zwei weitere, die sich dann parallel zu den beiden verbleibenden SiC-Schaltern (Bild 2). Befinden. Diese Option lässt nicht nur die grossßen Schalter selbst und deren Kühlung verschwinden, sondern auch noch die dazu gehörende  Ansteuerung der beiden Schalter.

Diese beiden Arten von PFC Stufen sind bereits in vielen Bereichen wie AC/DC-Stromrichter, Netzteile für Dauerlasten wie Telekommunikation oder Rechenzentrum im Einsatz. 

 

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veröffentlicht: 10.03.2022, 16:44:00  von: Angst+Pfister Magazin2022