Toshiba Electronics Europe GmbH ("Toshiba") ha desarrollado un nuevo MOSFET de carburo de silicio (SiC) de 2200V con diodo de barrera Schottky (SBD) integrado para su uso en aplicaciones de 1500V CC como inversores fotovoltaicos (FV), cargadores de vehículos eléctricos (VE), convertidores CC/CC de alta frecuencia y sistemas de almacenamiento de energía. 

Los inversores de tres niveles convencionales presentan bajas pérdidas de conmutación, ya que la tensión de estado desactivado en los dispositivos de conmutación es la mitad de la tensión de línea. En comparación, los inversores de dos niveles tienen menos módulos de conmutación, lo que los hace más sencillos, pequeños y ligeros. Sin embargo, requieren dispositivos semiconductores con mayor tensión de ruptura, ya que la tensión aplicada es la tensión de línea. Superar este reto es importante, ya que un inversor de dos niveles basado en el nuevo dispositivo logró un funcionamiento a mayor frecuencia y menor pérdida de potencia que el inversor IGBT de silicio (Si) convencional de tres niveles.

El nuevo módulo MOSFET de SiC dual (MG250YD2YMS3) tiene una VDSS nominal de 2200 V y es capaz de soportar una corriente de drenaje continua (ID) de 250 A, con 500 A en funcionamiento pulsado (IDP). El aislamiento (Visol) tiene un valor nominal de 4000Vrms y el dispositivo puede funcionar a temperaturas de canal (Tch) de hasta 150ºC.

Ofrece bajas pérdidas de conducción con una tensión de drenaje-fuente (VDS(on)sense) típica de 0,7V. Las pérdidas de conmutación se minimizan con unas pérdidas típicas de conexión y desconexión de 14mJ y 11mJ respectivamente, lo que significa que los requisitos de gestión térmica son menores, dando lugar a inversores más pequeños.

En el MG250YD2YMS3, la concentración de impurezas y el grosor de la capa de deriva se han optimizado para mantener la misma relación entre la resistencia de encendido (RDS(ON)) y la tensión de ruptura que los productos existentes. Esto también refuerza la inmunidad a los rayos cósmicos, un requisito clave para los sistemas fotovoltaicos. Además, la incrustación de SBD con uniones PN parásitas bloqueadas entre las regiones p-base y la capa n-drift garantiza la fiabilidad en condiciones de conducción inversa.

La pérdida de energía de conmutación del módulo de SiC desarrollado es muy inferior a la de los módulos de silicio equivalentes. En comparación, el nuevo módulo de SiC alcanza el doble de frecuencia que un IGBT de Si convencional, así como una pérdida un 37% menor si se compara un inversor de SiC de dos niveles frente a uno de Si de tres niveles.

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