Neue SiC-MOSFET-Generation Mehr Leistung, robuster, effizienter: Wolfspeed stellt die 4. Generation SiC-MOSFETs vor

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Wolfspeed

Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Die neue Generation der SiC-MOSFETs von Wolfspeed verspricht bei gleicher Größe mehr Leistung und Effizienz bei höheren Temperaturen sowie eine erhöhte Robustheit und Haltbarkeit. Die neuen Produkte sind primär auf Hochleistungssysteme für die Automobilindustrie, Industrie und für erneuerbare Energien ausgerichtet.

Wolfspeed stellt die vierte Generation ihrer SiC-MOSFETs der Öffentlichkeit vor, die bei gleicher Größe in allen wichtigen Bereichen bessere Leistung zeigen soll. Auf die Optimierungen im Vergleich zu vorherigen Designs gehen wir nachfolgend etwas genauer ein, doch wenn Sie alle wichtigen Details erfahren wollen, dann sollten Sie einen Blick in das umfangreiche Whitepaper zu den Gen-4-SiC-MOSFETs werfen.

Wichtig, so erklärte es uns Wolfspeed im Vorfeld, war es, mit der neuen Generation an MOSFETs nicht nur an der Effizienz zu drehen, sondern sämtliche Einflüsse, die für eine Verringerung der Lebensdauer der Anwendung, so weit wie möglich zu minimieren. Zusammengefasst bringt die neue MOSFET-Plattform erhebliche Verbesserungen in Bezug auf Leistung, Zuverlässigkeit und Effizienz. Durch die Reduktion von Schaltverlusten, das bessere Handling von hohen Temperaturen und Spannungsschwankungen sowie eine höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber kosmischer Strahlung ist die Plattform für anspruchsvolle und kritische Anwendungen wie Leistungselektronik, Luftfahrt, Automobiltechnik und Industrieanwendungen interessant.

Die Gen-4-Produkte von Wolfspeed sind in 750-V-, 1.200-V- und 2.300-V-Nodes erhältlich, mit Optionen für Leistungsmodule, diskrete Komponenten und Bare-Die-Produkte. Neue Produkteinführungen, einschließlich zusätzlicher Footprints und RDS_ON-Bereiche, werden im Laufe des Jahres 2025 und Anfang 2026 verfügbar sein.

Gen 4 SiC-MOSFETs von Wolfspeed – die Effizienzverbesserungen

Im Vergleich zur Vorgängergeneration der SiC-MOSFETs wurde der Widerstand (R_SP) bei Betriebstemperatur um bis zu 21 Prozent gesenkt. Bedeutet, dass die neue Generation bei höheren Temperaturen eine bessere Leistung bietet, indem der Energieverbrauch und die Wärmeentwicklung reduziert wurden. 

Gleichzeitig wurden die Schaltverluste (E_ON + E_OFF) um bis zu 15 Prozent verringert. Es entsteht beim jetzt effizienteren Schalten mit geringeren Verlusten und insbesondere bei Anwendungen mit schnellen Schaltfrequenzen wie in Stromversorgungen und Leistungswandlern weniger Wärme, die abtransportiert werden muss.

Speziell die Leistung von Hard-Switching-Anwendungen mit schnellen und häufigen Schaltvorgängen wird durch die Reduzierung der E_ON-Verluste (die beim Einschalten eines MOSFETs entstehen) verbessert. Zusätzlich lässt sich der MOSFET bei realen Betriebsbedingungen bei einer Temperatur von 175 °C einsetzen. Der Die kann bei bis zu 185 °C kontinuierlich betrieben werden, und bei 200 °C für eine begrenzte Zeit. 

Haltbare SiC-MOSFETs in rauen Bedingungen

Ein wesentlicher Fortschritt ist wohl, dass die Entwickler von Wolfspeed die Menge unerwünschter Spannungsüberschüsse um bis zu 80 Prozent reduziert haben, sodass die Anwendung haltbarer wird, weil weniger Spannungsstress auf sie ausgewirkt wird. Durch die Reduzierung des V_DS-Overshoots wird der MOSFET robuster und effizienter, besonders bei schnellen Schaltvorgängen. Zudem ist die Anwendung für 2,3 Mikrosekunden gegen Kurzschlüsse geschützt, ohne dass sie durch Überhitzung oder Schäden dauerhaft beeinträchtigt wird.

Durch die 100-fache Verbesserung der FIT-(failure in time)-Rate wird das Bauteil wesentlich widerstandsfähiger gegenüber kosmischer Strahlung und ist damit für anspruchsvollere und kritische Anwendungen besser geeignet als vorherige Versionen von Wolfspeed.

Lösung für schnelle Schaltvorgänge

Die vierte Generation der SiC-MOSFETs ist so groß – oder in dem Fall klein – wie die vorherige Version, die inzwischen ein paar Jährchen auf dem Buckel hat. Dennoch, so versprechen es die Verantwortlichen, lässt sich aus der Anwendung bis zu 30 Prozent mehr Leistung herausholen. Mehr Leistungsabgabe bei selbem Footprint, das kann bereits ein schlagendes Argument sein.

Die Body-Diode des MOSFETs wurde 3,5-mal verbessert, was zu einer sanfteren Schaltcharakteristik führt, ohne die Rückwärtswiederherstellungsladung (Q_RR) zu erhöhen. Diese Verbesserung sorgt für weniger Verlustleistung und höhere Effizienz bei schnellen Schaltvorgängen, ohne dass negative Auswirkungen auf die Rückwärtswiederherstellungsladung auftreten.

Dazu ist der MOSFET so ausgelegt, dass er auch bei raschen Spannungsschwankungen (hohem dV/dt) sicher und effizient schalten kann, dank eines Kapazitätsverhältnisses von bis zu 600:1. Das sorgt dafür, dass der MOSFET bei hohen Schaltfrequenzen und schnellen Spannungssprüngen keine Probleme hat und dabei saubere und verlustfreie Schaltvorgänge gewährleistet werden. (sb)

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