ROHM ha anunciado el desarrollo de módulos de alimentación de 1200V 400A/600A realizados íntegramente con SiC [BSM400D12P3G002/ BSM600D12P3G001] y optimizados para inversores y convertidores en acondicionadores de energía solar, SAI y fuentes de alimentación para equipamiento industrial.

El BSM600D12P3G001 logra una corriente nominal de 600A ya que utiliza un nuevo encapsulado caracterizado por una estructura interna original y un diseño optimizado de la radiación de calor para aplicaciones de mayor potencia, como fuentes de alimentación a gran escala para equipamiento industrial. Además las pérdidas de conmutación se reducen un 64% (a una temperatura del chip de 150°C) si se comparan con los módulos IGBT para la misma corriente nominal, lo cual mejora considerablemente el ahorro de energía. La reducción del tamaño de los componentes periféricos y la alta frecuencia de funcionamiento hacen que los efectos de la disminución de las pérdidas de conmutación sean superiores al trabajar con altas frecuencias, contribuyendo así a miniaturizar la refrigeración y otros sistemas. Por ejemplo, a partir de los cálculos preliminares basados en la simulación de pérdidas en sistemas de refrigeración, la adopción de módulos de SiC puede reducir hasta un 88%* el tamaño de los disipadores de calor por refrigeración de agua si se comparan con los módulos IGBT equivalentes.

Durante los últimos años el SiC ha experimentado una creciente adopción en un mayor número de mercados, como el sector del automóvil y el industrial, debido a sus prestaciones superiores para el ahorro de energía y a la demanda de productos que puedan manejar corrientes más elevadas. Sin embargo, para maximizar las características de conmutación a alta velocidad del SiC
– especialmente en productos con altas corrientes como los módulos de alimentación – es necesario desarrollar un nuevo encapsulado que elimine las sobretensiones transitorias durante la conmutación.

En marzo de 2012 ROHM fue la primera en el mundo en producir de forma masiva módulos de alimentación realizados íntegramente con SiC al integrar semiconductores de potencia constituidos en su totalidad por carburo de silicio. Desde entonces hemos desarrollado productos de alta potencia de hasta 1200V/300A que han sido adoptados en diversos campos. Estos nuevos módulos utilizan un encapsulado de nuevo diseño que amplía nuestra gama de módulos de SiC para cubrir el importante rango de corrientes de 100A a 600A, cubriendo así la creciente demanda en el mercado de IGBT.

*Producto de 1200V/600A, control de inversor PWM, frecuencia de conmutación de 20kHz, grosor de la grasa térmica inferior a 40um, especificaciones del disipador de calor obtenidas de los productos disponibles en el mercado, otras condiciones de temperatura, etc. son las mismas.

Principales características
1. La reducción de las pérdidas de conmutación aumenta el ahorro de energía
Lograr módulos de alimentación realizados íntegramente con SiC y equipados con diodos Schottky y MOSFET de SiC de ROHM permite reducir las pérdidas de conmutación en un 64% (a una temperatura del chip de 150°C) respecto a los IGBT de la misma corriente. De esta manera minimiza las pérdidas de la conversión de potencia en las aplicaciones y contribuye a ahorrar energía.

2. El control de alta frecuencia reduce el tamaño de los componentes periféricos
Las simulaciones de las pérdidas realizadas con control de inversor PWM dieron como resultado una reducción del 30% a 5kHz y una reducción aún más sustancial de las pérdidas totales del 55% con PWM a 20kHz respecto a los módulos IGBT equivalentes. A 20kHz el tamaño del disipador de calor se puede reducir hasta un 88%. El control de alta frecuencia también permite utilizar componentes pasivos más pequeños.

Retos tecnológicos para alcanzar corrientes más altas
1. Reducción de la inductancia del encapsulado
La mayor corriente de los módulos de alimentación también incrementa las sobretensiones transitorias durante la conmutación, lo cual exige minimizar la inductancia del encapsulado. No obstante, la optimización de la colocación interna del dispositivo de SiC, junto con la configuración de los terminales y el trazado de las conexiones, permite a ROHM reducir la inductancia interna en un 23% frente a los productos convencionales. El nuevo encapsulado de tipo G de ROHM elimina las sobretensiones transitorias en un 27% para el mismo nivel de pérdidas si se compara con los encapsulados estándar, permitiendo así el desarrollo de módulos de 400A y 600A. Además, este nuevo encapsulado disminuye las pérdidas de conmutación en un 24% para las mismas condiciones de control de sobretensiones transitorias.

2. Mejor disipación de calor en el encapsulado
Para lograr una corriente nominal de 600A no solo es preciso reducir la inductancia interna, sino también el calor generado. Gracias a la mejora de la planitud de la sección de la placa base que contribuye significativamente a disipar el calor del módulo, ROHM ha sido capaz de disminuir la resistencia térmica entre el mecanismo de refrigeración y la placa base del cliente en un 57%.
Junto con los módulos de SiC, ROHM también ofrece una tarjeta de controlador de puerta que permite una evaluación rápida y sencilla.

Gama de módulos de alimentación de SiC
 

Terminología
• Inductancia: La cantidad de fuerza electromotriz generada por la inducción electromagnética al variar el flujo de corriente.
• Sobretensión transitoria: Una tensión que fluctúa instantáneamente en un circuito en el que la electricidad fluye de manera estable. En este caso se refiere concretamente a la tensión generada cuando el MOSFET conmuta para desconectarse.
• IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor): Un transistor bipolar que incorpora un MOSFET en la puerta.
• MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor): La estructura más utilizada en los FET, a menudo como elemento de conmutación.
• Diodo Schottky: Un tipo de diodo que proporciona características de rectificación (diodo) al adoptar una barrera Schottky formada mediante una unión de metal-semiconductor. Al no haber portadores minoritarios el resultado es una mayor velocidad.

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