EFFEKTELEKTRONIK Skal effektelektronikken stadig være bipolar – og hvad er det bedste substrat? Et væsentligt spørgsmål på dette års PCIM-messe i Nürnberg var valget af den optimale procesteknologi til effekthalvlederne. Flere virksomheder – som Danfoss – spillede på de sikre to heste og kunne tilbyde kunderne begge dele. Men hvad pokker skal man mene? Af Rolf Sylvester-Hvid PCIM, Nürnberg Det lå egentlig ikke i kortene i år, at diskussionen om procesteknologier til effekthalvledere skulle blusse op igen. Der havde jo trods alt været rigeligt slagsmål om teknologivalget sidste år. Men ikke desto mindre var der nogen, der lindede på låget til Pandoras æske, og så kørte diskussionen igen. Men i jagten på de sidste promilles effektivitet inden for effektstyringer er diskussionen måske alligevel berettiget. Der kan være store energimængder og dermed penge at spare. Det ser også ud til, at mange af udbyderne af både komponenter og modulære styringer vælger at helgardere. Hvis kunderne vakler mellem GaN (galliumnitrid), bipolare komponenter eller hybride teknologier, hvorfor så ikke bringe sig i den situation, at man kan tilbyde kunderne en hvilken som helst teknologi? Når man besøgte Danfoss’ store stand, så var det i hvert fald den strategi, som vores hjemlige industrigigant kunne lægge for dagen. Og det er der sådan set intet som helst galt i. Panasonic gør det også: De sælger GaN- og SiC-komponenter side-om-side, men rådgiver selvfølgelig kunderne fornuftigt. Valget af teknologi er nemlig ikke så ligetil. Der er en verden til forskel på de switchhastigheder og tab, som de enkelte teknologier understøtter. I Danfoss’ tilfælde handlede det mest om valget mellem bipolare IGBT’er eller SiC-baserede komponenter. Danfoss kalder sig godt nok ”the #1 choice in SiC”, men i vitrinen ved siden af SiC-komponenterne ligger så en stribe meget velfungerende IGBT-moduler, der er kernen i mange af Danfoss’ invertere. Den brede danske stil kan dog føres helt tilbage til vikingetiden, hvor sølvsmede uden at blinke fremstillede Thors hammer, Mjølner og krucifikser i samme støbeform. Op et vist sted med religionen. Vi giver kunderne, hvad kunderne vil have. Praktiske forskningsresultater fra medicoverdenen Under PCIMs tilhørende konference var der sågar afsat et spor til de nye substrater og widebandgap materialer som SiC, GaN, Gan-on-Si eller bare konventionel silicium til højvolt og højstrømdesigns. Et projekt, der viser værdien af SiC, er et CTscannerdesign, hvor den noget højere pris i SiC-komponenterne har mindre betydning end den Andrew Smith fra Power Integrations på standen under PCIM, hvor han kunne fortælle om de fine små Fluxlink-baserede Scale-iDrive-komponenter, som bruger en intern trådløs antenneteknologi til overførsel af signalerne til effekttrinnet. høje effektivitet, høje switchfrekvenser og lave tab, der også kendetegner teknologien. - Udfordringen for os har været at skabe en højeffekt, højvolt og højfrekvenskonverter, der kan drive blandt andet medicotekniske tunge produkter som Philips’ hurtigt roterende CTscannere. Jo hurtigere disse scannere roterer, desto bedre bliver billedkvaliteten. Men drev og strømforsyning sidder på den roterende del, så det har været vitalt at reducere vægt og formfaktor. Det har været målet for udviklingen af den 80kW-forsyning, som i dag kan drive en CT-scanner op til 240 omdrejninger i minuttet, fortæller Ulf Müter, der er forsker på universitetet i Hamburg. Udgangspunktet har været at integrere driveren i designet i højvoltdelen af designet og at minimere kølebehovet i forsyningen. I princippet har forskerne hos Philips og på Hamburgs universitet skabt en resonanskondensatorkonstruktion med SiC-MOSFETs på et aluminiumnitridsubstrat. For at minimere designets fysiske udformning er switchfrekvensen valgt så høj som 500 kHz, hvilket har krævet meget korte lederbaner og dermed det tæt integrerede design for at undgå overshoots og ringning i konstruktionen. - Effekttransistorerne er sølvsintret på plads i en halvbrokonverterarkitektur med flere parallelle effekttrin i den modulære konstruktion. Det serieltparallelt genererede effektsignal transformeres over i en Cockcroft-Walton-ensretter, hvad der giver en fin DC-tilnærmelse med forholdsmæssigt lave tab. Løsningen er efter vores mening en bedre, mere effektiv og lettere løsning end eksempelvis IGBTstyringer, og SiC-MOSFETs 8 Elteknik 7/8 · 2017
Download PDF fil
Se arkivet med udgivelser af Elteknik her
TechMedias mange andre fagblade kan læses her