Toshiba bringt einen 2200-V-SiC-MOSFET auf den Markt, der Wechselrichtersysteme optimiert. Der Siliziumkarbid-MOSFET (SiC) soll Wechselrichter und Energiespeichersysteme revolutionieren. Dieses bahnbrechende Bauteil von Toshiba unterstützt Wechselrichterhersteller dabei, Größe und Gewicht ihrer Produkte zu reduzieren.
Laut Herstellerangaben bietet der neu entwickelte MOSFET das Potenzial, Wechselrichterhersteller erheblich zu unterstützen, indem er ihnen ermöglicht, die Abmessungen und das Gewicht ihrer Produkte deutlich zu reduzieren . Der Betrieb bei höheren Frequenzen erlaubt die Verkleinerung und Gewichtsreduzierung anderer Systemkomponenten wie Kühlkörper und Filter.
Der neu entwickelte Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) basiert auf Siliziumkarbid (SiC). Er ist für den Einsatz in Solarwechselrichtern und Batteriespeichersystemen konzipiert. Er verfügt über eine 2,200-V-Schottky-Barrierediode (SBD) und ist für den Einsatz in 1,500-V-Gleichspannungssystemen mit zweistufigen Wechselrichtern ausgelegt. Laut Hersteller benötigen zweistufige Wechselrichter weniger Schaltmodule als dreistufige. Dies ermöglicht die Entwicklung kleinerer und leichterer Systeme.
Berichten zufolge zeichnen sich SiC-Module durch minimale Leitungsverluste und eine niedrige Drain-Source-Spannung aus . Auch die Ein- und Ausschaltverluste von 14 mJ bzw. 11 mJ sind gering. Sie weisen angeblich eine geringe Streuinduktivität, einen niedrigen Wärmewiderstand und einen integrierten Thermistor auf.
Der Vorteil von Drei-Level-Wechselrichtern liegt in ihrer Fähigkeit, Schaltverluste zu minimieren . Dies wird erreicht, indem an die Schaltelemente im ausgeschalteten Zustand eine Spannung angelegt wird, die der Hälfte der Netzspannung entspricht.
Im Gegensatz dazu bieten Zwei-Level-Wechselrichter ein vereinfachtes, kompaktes und leichtes System, da sie weniger Schaltmodule als Drei-Level-Wechselrichter benötigen. Sie erfordern Halbleiter mit höherer Durchbruchspannung, da die angelegte Spannung der Netzspannung entspricht. Die Nachfrage nach Halbleitern mit geringen Verlusten und hoher Durchbruchspannung steigt. Dies ist auf die Einführung von 1500-V-Gleichspannungssystemen in der Photovoltaik und anderen Märkten für erneuerbare Energien zurückzuführen.
Die Hersteller haben die Fremdstoffkonzentration und Dicke der Driftschicht optimiert, um Folgendes sicherzustellen:
- Einschaltwiderstand und Durchbruchspannung bleiben im gleichen Verhältnis wie bei unseren aktuellen Produkten.
- Darüber hinaus ist es speziell darauf ausgelegt, eine hohe Beständigkeit gegen kosmische Strahlung zu bieten, was eine entscheidende Voraussetzung für PV-Systeme ist.
- Es wurde bestätigt, dass die Einbeziehung von SBDs mit geklemmten parasitären PN-Übergängen zwischen den p-Basisbereichen und der n-Driftschicht eine überlegene Zuverlässigkeit während der Rückwärtsleitung gewährleistet.
Der Energieverlust des entwickelten All-SiC-Moduls ist deutlich geringer als der des Si-Moduls (bestehend aus Si-IGBTs und Si-Schnellerholungsdioden) mit derselben Nennspannung von 2000 V. Die geschätzte Verlustleistung des Wechselrichters zeigt, dass das neu entwickelte SiC-Modul im Vergleich zu einem herkömmlichen Si-IGBT eine doppelt so hohe Betriebsfrequenz ermöglicht . Darüber hinaus weist der zweistufige SiC-Wechselrichter eine bemerkenswerte Verlustreduzierung von 38 % gegenüber dem dreistufigen Si-Wechselrichter auf.
