DC/DC-Wandler mit programmierbaren Ausgängen für Wide-Bandgap-Anwendungen
Der R24C2T25 vereinfacht die Auswahl und Bewertung von SiC-Bauelementen
Power Supplies I 25.07.2024
Insbesondere für die neueste Generation von SiC-Bauelementen ist die Bereitstellung präziser Gate-Treiberspannungen von entscheidender Bedeutung. Die programmierbaren Ausgänge des isolierten DC/DC-Wandlers R24C2T25 ermöglichen die Evaluierung verschiedener Bauelemente und die Einstellung der am besten geeigneten Spannungspegel für die beste Kombination aus Systemeffizienz und Sicherheit.
Das Problem
Breitbandtechnologien wie SiC und GaN sind auf dem Vormarsch. Mit jeder neuen Generation ändern sich jedoch auch die Anforderungen an die Bauelemente. So sind z. B. SiC-Bauelemente der ersten, zweiten und dritten Generation verschiedener Hersteller auf dem Markt, und jede Generation erfordert eine andere Kombination von Spannungen, um das Bauelement ein- und auszuschalten. Dies stellt sowohl für die Gate-Treiber als auch für die zur Versorgung der Gate-Treiber verwendeten isolierten DC/DC-Wandler eine Herausforderung dar.
Zur Sicherstellung der Isolation nutzen diese DC/DC-Wandler üblicherweise einen internen Transformator, der mit einem festen Übersetzungsverhältnis ausgelegt ist. Er liefert die geeignete Vorspannung für den eingesetzten Gate-Treiber. Daher ist ein DC/DC-Wandler erforderlich, um ein SiC-Bauelement mit Ein- und Ausschaltspannungen von +15V und -8V zu versorgen, und dazu ein anderer Wandler, um ein anderes SiC-Bauelement mit Spannungen von +15V und -3V zu versorgen. Sind beide Kombinationen als Standardprodukte verfügbar, stellt dies kein Problem dar, aber sollte ein neues Design des DC/DC-Wandlers notwendig sein, kann dies den Zeitplan beeinflussen und eine neue Sicherheitszertifizierung erfordern. Zudem ist aufgrund der niedrigeren Produktionsmengen mit einem Anstieg der Stückkosten zu rechnen.
Lösung und Vorteile
Abb. 1: Aufbau für die Steuerung von zentralisierten Wasserstoff-Elektrolyse-Stromversorgungen mit MEAN WELL Produkten (Quelle: MEAN WELL)
Hier bietet der isolierte DC/DC-Wandler R24C2T25 eine Lösung, indem er es ermöglicht, verschiedene Typen von SiC-Leistungstransistoren zu evaluieren und einzusetzen, ohne dass kostspielige und zeitaufwändige Designänderungen vorzunehmen sind.
Neben der Auswahl zwischen verschiedenen SiC-Bauelementen bietet die Programmierbarkeit zusätzliche Flexibilität in der Entwicklungsphase. So kann man die Schaltspannung für ein ausgewähltes SiC-Bauelement variieren und auf Basis empirischer Tests entscheiden, bei welcher Spannung geschaltet werden soll. Indem die Spannungen innerhalb von +/-1,5% gehalten werden, lässt sich das Risiko von Überspannungen und Beschädigungen vermeiden.
Die verfügbare Gesamtleistung beträgt 2W bis zu einer Umgebungstemperatur von 82°C und 2,5W bis 75°C. Eine durch Derating reduzierte Nutzleistung steht auch bis zur maximalen Packungstemperatur von 125°C zur Verfügung. Die Isolierung des R24C2T25 beträgt 3kVAC/1min bei einer extrem niedrigen Kopplungskapazität von 3,5pF und einer Gleichtakt-Transientenfestigkeit von ±150V/µs. Damit eignen sich die Bauteile für die Versorgung von High-Side-Gate-Ansteuerungen mit schnellen dV/dt- und dI/dt-Leistungsschaltflankenraten.
Weitere Vorteile und Eigenschaften des R24C2T25:
• Asymmetrisch programmierbare Ausgänge: Die Ausgänge können über externe Widerstandsnetzwerke zwischen +2,5 und +22,5VDC / -2,5 und -22,5VDC mit einer Positiv-zu-Negativ-Gesamtspannung von 18 bis 25VDC, beispielsweise +15/-3V, eingestellt werden. Sie eignen sich für IGBT-, Si-, SiC- und GaN-Kaskoden-Gate-Ansteuerungen.
• Umfangreiche Schutzfunktionen: Der R24C2T25 verfügt über Softstart, Über- und Unterspannungssperre am Eingang, thermische Abschaltung und Überlastschutz am Ausgang. Die Über- und Unterspannungssperre am Ausgang stellt auch sicher, dass Leistungsbauelemente nicht durch ungültige Gatespannungen belastet werden können. Ein Power-Good-Signal wird zusammen mit der EIN/AUS-Steuerung bereitgestellt, um das Bauelement mit einer Stromaufnahme von weniger als 700µA in den Standby-Modus zu versetzen.
• Vorteile durch Surface-Mount-Technologie: Durch das kompakte 7,5x12,83mm große 36-polige SSO-Gehäuse ergibt sich eine höhere Packungsdichte und damit eine höhere Flächeneffizienz auf der Leiterplatte. Weitere Vorteile sind unter anderem ein verbesserter Wirkungsgrad sowie ein verbessertes EMI-Verhalten.
• Breites Anwendungsspektrum: Zu den Einsatzbereichen gehören die Industrieautomatisierung (Motoransteuerung oder Wechselrichter), die Gebäude- und Hausautomation, erneuerbare Energie (Batteriemanagementsysteme, Windkraft, Photovoltaik), Daten- und Telekommunikation (Rechenzentren, Datenzentren, drahtlose Datenübertragung) sowie Infrastruktur (Verkehrssteuerung, Eisenbahnen, Nutzfahrzeuge).
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 evaluieren und die optimalen Spannungspegel für die beste Kombination aus Systemeffizienz und Sicherheit einzustellen. Zudem bietet das oberflächenmontierbare Gehäuse mehrere Vorteile wie ein optimiertes EMI-Verhalten, einen verbesserten Wirkungsgrad und eine kleinere Bauform.
Bei Schukat
Schukat electronic bietet Stromversorgungen von verschiedenen Herstellern wie MEAN WELL, RECOM POWER oder Self Electronics an. Rund 6.000 verschiedene Typen an Netzteilen und DC/DC Wandlern bevorratet Schukat in produktionsgerechten Mengen in seinem automatisierten Zentrallager in Monheim am Rhein. Zudem leistet der Distributor schnelle und kompetente Unterstützung in Form von direkten Ansprechpartnern und bietet ein kompetentes Außendienstteam für die Beratung bei der Auswahl passender Stromversorgungsprodukte, bei kundenspezifischen Fragen und bei der Problemlösung vor Ort. Kunden profitieren von einer raschen Bearbeitung der Anfragen, der Bereitstellung von Datenblättern und Mustern sowie von unterschiedlichen Liefermengen vom Muster bis zur Serienfertigung