Neuer isolierter DC/DC-Wandler bietet programmierbare Ausgänge für SiC-Ansteuerungsanwendungen

05.04.2024
Eine Arbeiterin überwacht einen Roboterarm, der Metallkomponenten in einer industriellen Umgebung schweißt.
Es besteht kein Zweifel, dass die Wide Bandgap (WBG)-Technologie auf dem Vormarsch ist. Transistoren aus Siliziumcarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) werden immer häufiger in einer Vielzahl von Industrie-, Verbraucher- und anderen Leistungsanwendungen eingesetzt.

Inhaltsverzeichnis

Da SiC und GaN noch keine ausgereiften Technologien wie Silizium sind, werden sich die Standards in dem Maße weiter verändern, wie die Hersteller die Leistung mit jeder neuen Generation verbessern. So sind beispielsweise SiC-Bauelemente der ersten, zweiten und dritten Generation von verschiedenen Herstellern auf dem Markt erhältlich, und für jede Generation ist eine andere Spannungskombination erforderlich, um das Bauelement ein- und auszuschalten.

Das ist ein Problem sowohl für die Gate-Treiber als auch für die isolierten DC/DC-Wandler, die zur Stromversorgung der Gate-Treiber verwendet werden. Diese DC/DC-Wandler verwenden in der Regel einen internen Transformator, um die Isolierung zu gewährleisten. Der Transformator ist mit einem festen Verhältnis ausgelegt, um die für den verwendeten Gate-Treiber geeignete Vorspannung zu liefern.

Folglich ist ein DC/DC-Wandler erforderlich, um ein SiC-Bauelement mit Ein- und Ausschaltspannungen von +15V und -8V zu versorgen, und ein anderer Wandler ist erforderlich, um ein anderes SiC-Bauelement mit Spannungen von +15V und -3V zu versorgen. Wenn beide Kombinationen als Standardprodukte verfügbar sind, ist das kein Problem, aber wenn ein neues DC/DC-Wandler-Design erforderlich ist, kann sich das auf den Zeitplan auswirken, und eine erneute Sicherheitszertifizierung kann erforderlich sein. Aufgrund der geringeren Produktionsmengen dürften auch die Stückkosten steigen.

Der R24C2T25 vereinfacht die Auswahl und Bewertung von SiC

R24C2T25 Serie von RECOM mit aufgeführten USPs
Der isolierte 2W-DC/DC-Wandler R24C2T25 von RECOM vereinfacht das Design von WBG-Gate-Ansteuerungs-Vorspannungsversorgungen (Quelle: RECOM)
Ein neues Produkt von RECOM ermöglicht es Kunden, mehrere Typen von SiC-Leistungstransistoren zu bewerten und zu verwenden, ohne teure und zeitaufwändige Design-Änderungen vornehmen zu müssen. Der isolierte DC/DC-Wandler R24C2T25 besitzt asymmetrisch geregelte Ausgänge, die für IGBT-, Si-, SiC- und GaN-Kaskoden-Gate-Ansteuerungen geeignet sind. Die Ausgänge sind über externe Widerstandsnetzwerke programmierbar.

Ein Ausgang kann zwischen +2,5 und +22,5VDC eingestellt werden, und der kann andere zwischen -2,5 und -22,5VDC mit einer Positiv-zu-Negativ-Gesamtspannung von 18 bis 25VDC, z. B. +15/-3V, eingestellt werden, um SiC-Gates effizient anzusteuern.

Die Kunden können nicht nur zwischen verschiedenen SiC-Bauelementen wählen, sondern erhalten durch die Programmierbarkeit auch zusätzliche Flexibilität in der Entwicklungsphase. So können die Kunden beispielsweise die Schaltspannung für ein ausgewähltes SiC-Bauelement variieren und auf der Grundlage empirischer Tests entscheiden, bei welcher Spannung sie schalten wollen. Die Spannungen werden innerhalb von +/-1,5% gehalten, wodurch das Risiko von Überspannung und Schäden vermieden wird. Die verfügbare Gesamtleistung beträgt 2W bis zu einer Umgebungstemperatur von 82°C und 2,5W bis 75°C. Durch Derating reduzierte brauchbarere Leistung ist auch bis zum Package-Maximum von 125°C verfügbar.

Die Isolierung des R24C2T25 beträgt 3kVAC/1min mit einer extrem niedrigen Kopplungskapazität von 3,5pF und einer Gleichtakt-Transientenfestigkeit von +/-150kV/µs. Dadurch eignen sich die Bauteile ideal für die Stromversorgung von High-seitigen Gate-Ansteuerungen mit schnellen dV/dt- und dI/dt-Leistungsschaltflankenraten.

Der R24C2T25 verfügt über Softstart, eine Unter- und Überspannungssperre am Eingang, eine thermische Abschaltung und einen Überlastschutz am Ausgang. Die Über- und Unterspannungssperre am Ausgang sorgt auch dafür, dass Leistungsbauelemente nicht durch ungültige Gate-Spannungen belastet werden können. Ein Power-Good-Signal wird zusammen mit der EIN/AUS-Steuerung bereitgestellt, um das Bauelement mit weniger als 700µA Stromaufnahme in den Standby-Modus zu versetzen.

Neben der Programmierbarkeit bietet der R24C2T25 im Vergleich zu seinen Vorgängern einen weiteren Fortschritt: die Verwendung der Surface-Mount-Technologie (SMT) in Form eines kompakten, 7,5 x 12,83mm großen 36-Pin-SSO-Package. Ein Surface-Mount-Package ist bei Designern sehr beliebt, da es zahlreiche Vorteile gegenüber gleichwertigen THT-Bauteilen bietet:

  • Flächeneffizienz: SMT-DC/DC-Wandler sind in der Regel kleiner und ermöglichen ein kompakteres Design. Das ist besonders für Anwendungen wichtig, bei denen der Platz auf der Leiterplatte begrenzt ist, wie z. B. bei portablen Geräten oder miniaturisierter Elektronik.
  • Hohe Leistungsdichte: Surface-Mount-Packages tragen zu einer höheren Leistungsdichte auf der PCB bei und ermöglichen so die Herstellung von leistungsfähigeren Wandlern auf einem gegebenen Raum.
  • Verbessertes Wärmeverhalten: Der direkte Kontakt mit der PCB erhöht die Wärmeleitfähigkeit, was zu einer besseren Wärmeableitung führt.
  • Verbessertes Hochfrequenzverhalten: Die SMT-Technologie reduziert Leitungslängen und parasitäre Effekte und trägt so zu einem verbesserten Hochfrequenzverhalten des Wandlers bei. Das ist für Anwendungen vorteilhaft, bei denen schnelle Schaltgeschwindigkeiten erforderlich sind.
  • Automatisierte Fertigung: Die Oberflächenmontagetechnologie unterstützt automatisierte Montageprozesse und macht die Produktion von DC/DC-Wandlern effizienter und kostengünstiger.
  • Geringeres Gewicht: SMT-Packages sind allgemein leichter als ihre THT-Pendants, was bei Anwendungen von Vorteil ist, bei denen das Gewicht ein kritischer Faktor ist, z. B. in der Luft- und Raumfahrt oder in der Automobilindustrie.
  • Geringere elektromagnetische Störungen (EMI): SMT-Bauteile mit ihren kürzeren Leitungen und ihrem kompakten Layout können dazu beitragen, elektromagnetische Störungen zu minimieren und die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Systems insgesamt zu verbessern.
  • Kostengünstige Produktion: Die automatisierte Fertigung und der kleinere Formfaktor tragen zu einer kostengünstigen Produktion bei, da sie die Herstellungszeit und die Materialkosten reduzieren.
  • Höhere Bauteildichte: SMT-Packages ermöglichen eine höhere Komponentendichte auf der Leiterplatte und damit die Integration zusätzlicher Elemente oder Funktionen auf demselben Raum.

Schlussfolgerung

Die Bereitstellung präziser Gate-Treiberspannungen ist insbesondere für die neueste Generation von SiC-Bauelementen von entscheidender Bedeutung. Die programmierbaren Ausgänge des isolierten DC/DC-Wandlers R24C2T25 ermöglichen es den Kunden, verschiedene Bauelemente zu bewerten und die optimalen Spannungspegel für die beste Kombination aus Systemeffizienz und Sicherheit einzustellen. Das Surface-Mount-Package bietet außerdem eine Reihe von Vorteilen wie z. B. die Verbesserung des Wirkungsgrads, die Verbesserung des EMI-Verhaltens und die Verkleinerung des Designs.
Anwendungen
  Serie
1 DC/DC, 2.5 W, Single/dual Output, SMD R24C2T25 Series
Fokus
  • 2W isolated DC/DC converter
  • Programmable asymmetrical output voltages
  • Ideal for IGBT/Si/SiC/GaN gate drive bias voltages
  • High 3kVAC/1min isolation