Los MOSFET de potencia de carburo de silicio de Cree ofrecen un voltaje de bloqueo de 1200 V con las pérdidas de conmutación más bajas de su clase.
En un movimiento para adelantarse a una revolución de rendimiento en la electrónica de potencia eficiente en energía, Cree, Inc. (Nasdaq: CREE), el líder del mercado en dispositivos de potencia de carburo de silicio (SiC), ha anunciado los primeros MOSFET comerciales de potencia de carburo de silicio completamente calificados de la industria. Esto establece un nuevo punto de referencia para los interruptores de alimentación de bajo consumo, lo que permite a los ingenieros de diseño desarrollar circuitos de alto voltaje con velocidades de conmutación extremadamente rápidas y pérdidas de conmutación ultrabajas.
Los MOSFET de SiC ahora se pueden usar para el acondicionamiento de energía en inversores solares, fuentes de alimentación de alto voltaje y muchas aplicaciones de energía industrial. En los próximos años, los diodos e interruptores de potencia de SiC también podrían expandirse a aplicaciones en el control de motores, vehículos eléctricos y energía eólica. El mercado de semiconductores de potencia en estas aplicaciones se estima actualmente en unos 4.000 millones de dólares y alcanzará casi los 6.000 millones de dólares en 2015.
La incorporación de los MOSFET de potencia de SiC a la familia de diodos Schottky de carburo de silicio de clase mundial de Cree permite a los ingenieros de diseño de electrónica de potencia desarrollar implementaciones “totalmente de SiC” de circuitos y sistemas de conmutación críticos de alta potencia que logran niveles de eficiencia energética, reducción de tamaño y peso que no se pueden lograr con dispositivos de potencia de silicio comerciales de clasificación comparable.
“Esta introducción de nuestros MOSFET de potencia de SiC es el resultado de muchos años de investigación de materiales, desarrollo de procesos y diseño de dispositivos”, dijo John Palmour, cofundador y director de tecnología de Power and RF, Cree. “Pero el resultado neto es que el primer dispositivo de conmutación de alto voltaje ‘ideal’ de la industria ya no es una tecnología del futuro, está disponible comercialmente hoy y listo para su diseño. Junto con sus diodos Schottky de SiC de 600 V, 650 V, 1200 V y 1700 V, Cree Power ha establecido una nueva clase de componentes de potencia de SiC que liderarán la industria de los semiconductores de potencia en los próximos años y eventualmente reemplazarán a los dispositivos de silicio en la mayoría de las aplicaciones críticas de electrónica de potencia con requisitos de voltaje de ruptura de 1200 V y superiores. ”
“El lanzamiento de los MOSFET de SiC de Cree representa un gran paso adelante en la tecnología de energía, permitiéndonos alcanzar nuevos estándares de rendimiento y confiabilidad”, dijo Per Ranstad, Gerente de Producto de Alstom Power – Servicios Térmicos, Suecia. “En Alstom, hemos estado trabajando con Cree para demostrar las capacidades de este nuevo dispositivo, especialmente viendo su impacto en la eficiencia energética de los sistemas de energía. Definitivamente estamos entusiasmados con los resultados que hemos logrado hasta ahora”.
El MOSFET de SiC de Cree, CMF20120D, proporciona voltajes de bloqueo de hasta 1200 V con una resistencia en estado activo (RDSon) de solo 80 mΩ a 25 °C. Al diferenciar los MOSFET de SiC de Cree de los dispositivos de silicio comparables, el RDSon se mantiene por debajo de 100 mΩ en todo el rango de temperatura de funcionamiento. Esta característica de desempeño consistente sobre las condiciones de operación y la verdadera arquitectura del dispositivo MOSFET (normalmente apagado) lo hacen ideal para circuitos electrónicos de conmutación de potencia. En las pruebas realizadas por Cree, el CMF20120D exhibió la energía de accionamiento de compuerta más baja (QG <100 nC) en todo el rango de voltaje de entrada recomendado en comparación con los dispositivos MOSFET o IGBT de silicio disponibles en el mercado con clasificación similar. Las pérdidas de conducción se minimizaron con una caída directa (VF) de menos de 2V a una corriente de 20A.
El MOSFET de SiC CMF20120D ofrece ventajas significativas sobre los dispositivos de silicio, con su operación de alta frecuencia que permite una eficiencia del sistema sin precedentes y un tamaño, peso y costo reducidos del sistema. Puede igualar o superar la velocidad de conmutación de los MOSFET de silicio, lo que reduce las pérdidas de conmutación hasta en un 50 % en muchas aplicaciones.
En comparación con los mejores IGBT de silicio, los dispositivos Cree mejoran la eficiencia del sistema hasta en un 2 % y funcionan a una frecuencia de conmutación de 2 a 3 veces mayor. Una mayor eficiencia de los componentes significa temperaturas de funcionamiento más bajas. Estas bajas temperaturas de funcionamiento, combinadas con la corriente de fuga ultrabaja (<1 μA) del CMF20120D, mejoran en gran medida la confiabilidad del sistema.
Aplicaciones MOSFET SiC en electrónica de potencia
El CMF20120D de Cree es ideal para aplicaciones de alto voltaje donde la eficiencia energética es fundamental. Un inversor solar es un ejemplo en el que los MOSFET de SiC se pueden usar tanto en las secciones de refuerzo como de inversor de un convertidor de CC-CA. El uso de MOSFET de SiC reduce las pérdidas de conmutación en más de un 30 %. En combinación con los diodos Schottky de barrera de unión SiC de Cree, se ha demostrado que la eficiencia general del sistema es superior al 99 %.
Se pueden obtener beneficios de eficiencia similares en otras aplicaciones que requieren un voltaje de bloqueo alto combinado con una conmutación rápida y eficiente, como los variadores de velocidad de motores industriales, las arquitecturas de energía de centros de datos de CC de alta potencia, PFC (Corrección del factor de potencia), impulso industrial y circuitos de conversión de CC/CC de alta frecuencia, sistemas de energía informática y de telecomunicaciones. Además de las posibles ganancias de eficiencia, las bajas pérdidas de conmutación de los diodos y MOSFET de SiC de Cree permiten optimizar los diseños a frecuencias de conmutación hasta tres veces más altas que las construidas con dispositivos de silicio disponibles en el mercado.
Liderazgo de Cree en tecnología SiC
“La tecnología de carburo de silicio es fundamental para el desarrollo de la próxima generación de diseños de sistemas electrónicos de potencia avanzados y eficientes desde el punto de vista energético”, dijo Cengiz Barkas, vicepresidente y director general de potencia y RF de Cree. “Creemos que la adición de los primeros MOSFET de SiC comerciales de la industria tiene el potencial de acelerar el desarrollo de dispositivos de energía más pequeños, más rápidos, más livianos y más eficientes en ciertas aplicaciones críticas de dispositivos de energía, reduciendo así el consumo de energía global”. ”
Cree ha sido un líder reconocido en el desarrollo de procesos y diseños de MOSFET de SiC durante más de 20 años, demostrando los primeros dispositivos MOSFET de SiC verticales. Primer MOSFET SiC a >600V. El MOSFET de mayor voltaje jamás fabricado (10kV). También hay muchos desarrollos de procesos para mejorar la calidad y la confiabilidad de las interfaces SiC MOS. Cree tiene más de 50 patentes y muchas pendientes sobre la tecnología MOSFET de SiC.