HADES: Referenz-Design und Evaluierungs-Board

Cissoid: Ansteuerung von Hochtemperatur-Leistungstransistoren

Cissoid bietet mit HADES ein isoliertes Gate-Treiber-System, das zur Ansteuerung von Hochtemperatur-Leistungstransistoren, besonders für schnell schaltende SiC- und GaN-Bauteile, entwickelt wurde.

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Mit HADES lassen sich Leistungswandler entwickeln, die fünfmal kleiner und leichter sind als frühere Modelle und dazu noch einen höheren Wirkungsgrad bieten. Bei Bedarf können Leistungswandler damit auch bei hohen Temperaturen betrieben werden. Unabhängig von der Umgebungstemperatur erhöt sich damit die Lebensdauer gegenüber bisherigen Systemen um ein Vielfaches.

HADES wurde für eine reibungslose Ansteuerung von SiC-Leistungstransistoren entwickelt, die geringe Schaltverluste aufweisen. HADES kann diese bei hohen Frequenzen schalten, was kleinere und leichtere passive und magnetische Bauelemente mit sich bringt. Darüber hinaus lassen sich HADES-Gate-Treiber dank ihrer hohen Temperaturfestigkeit direkt neben Leistungstransistoren platzieren, was parasitäre Kapazitäten und Induktivitäten mindert und die damit verbundenen Verluste sowie Verzögerungen in einem System verringert.

HADES ist ein Referenzdesign und ein Evaluierungsboard, das mit umfassender Dokumentation ausgeliefert wird. Es können zwei SiC-MOSFET-Leistungsschalter mit einer DC-Busspannung bis zu 1200 V angesteuert werden. Das Referenzdesign ist bis zu ±20 A Gate-Strom skalierbar; das Evaluierungsboard bis zu ±4 A. Ein spezielles Board für Normal-Ein-JEFTs steht ebenfalls bereit. Andere Schaltbausteine (Normal-Ein/Aus-JFETs, BJTs und IGBTs) lassen sich mit minimalen Änderungen unterstützen.

Die Leistungsfähigkeit von HADES wurde mit einem 3-kW-Buck-DC/DC-Wandler demonstriert, der SiC-MOSFETs ansteuert – und zwar bei 175 °C Umgebungstemperatur und einer Schaltfrequenz von 150 kHz: Die Anstiegszeiten betrugen weniger als 25 ns. Unter diesen Betriebsbedingungen läuft HADES, das für hohe dV/dt-Immunität (50 kV/µs) und IC-Sperrschichttemperaturen bis 225 °C entwickelt wurde, mit einem komfortablen Sicherheitsspielraum.

In Sachen Wirkungsgrad erreicht die Kombination aus HADES mit neuesten SiC-Schaltern in fortschrittlichen Leistungswandlertopologien an die 98 Prozent, sogar bei Schaltfrequenzen über 100 kHz.

HADES-Gate-Treiber eignen sich für Wandler mit hoher Leistungsdichte, wie sie in Antriebssteuerungen, Batterieladegeräten und zur Leistungsverteilung in den Bereichen Bahntechnik, Luftfahrt, Erneuerbare Energien und in Hybrid-/Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen. Die Technik bietet eine hohe Leistungsdichte, vereinfacht die Kühlung und erhöht die Zuverlässigkeit. Das schnelle Schalten durch HADES und der zuverlässige Betrieb bei der Temperatur wie die der Schalter (200 °C Sperrschichttemperatur und mehr), machen die Lösung zur ersten Wahl für die neue Generation intelligenter Leistungsmodule (IPM – Intelligent Power Modules).

HADES basiert auf den Cissoid-Produkten CHT-THEMIS, CHT-ATLAS und CHT-RHEA. Mit seiner integrierten isolierten Stromversorgung auf Basis des Cissoid-PWM-Controllers CHT-MAGMA und mit Zuhilfenahme der STROMBOLI-Technologie, erfordert HADES nur eine einzige +12-V-Versorgung. Alle aktiven CISSOID-HADES-Komponenten sind für einen Normalbetrieb im Temperaturbereich von -55 bis +225 °C ausgelegt. Die magnetische Isolierung der Stromversorgung bleibt auch bei hohen Temperaturen erhalten – im Gegensatz zu Optokopplern.

Zu den integrierten Schutzfunktionen zählen Unterspannungs-Abschaltung (UVLO) und eine Entsättigungserkennung, welche die Drain-zu-Source-Spannung des Leistungstransistors überwacht, um Überströme zu erkennen. Das Board bietet auch eine aktive Miller-Clamping-Funktion, die ein parasitäres Einschalten aufgrund der Miller-Kapazität des Leistungsschalters verhindert.