Effizienz von GaN / HiPer FET und Konsorten

[Martin D. (martin_d69)]

Moin Leute,

ich brauche mal einen Tip vom Profi!

Bei einer Applikation mit 400V/15A @ 1MHz ist hier schon GaN zu 
bevorzugen?
Es heißt ja eig. das diese Halbleiter in GHz bereichen verbaut werden...

Soweit ich die AppNotes verstanden habe strahlen diese Halbleiter auch 
weniger, weil die Transienten deutlich reduziert werden im vergleich zu 
Si-FET's.

Es geht mir um die Effizienz, nicht den Preis.

[Two cents (Gast)]

Emv Anforderung werden eher höher, da 150khz die emv Richtlinie startet.

[Ulrich H. (lurchi)]

Mir stellt sich die Frage, ob man unbedingt auf eine so hohe 
Schaltfrequenz gehen muss ?

Eine geringere Frequenz erlaubt einen besseren Wirkungsgrad, allerdings 
auf Kosten von höherem Gewicht. Was man mehr für den 
Trafo/Induktivitäten und ggf. Kondensatoren ausgeben muss, spart man 
ggf. bei den Halbleitern und EMV Maßnahmen.

[Al3ko -. (al3ko)]

Martin D. schrieb:
> Bei einer Applikation mit 400V/15A @ 1MHz ist hier schon GaN zu
> bevorzugen?
Unter Umständen ja. Ich habe jedoch meine Bedenken, dass selbst GaN in 
hart schaltenden Anwendungen bis in den MHz Bereich kommen kann, ohne 
dass die Verluste dermaßen in die Höhe steigen. Außerdem vermute ich, 
dass du von diskreten Bauelementen (TO-220) sprichst, richtig? Da wirst 
du sowieso Schwierigkeiten haben, sehr kurze Schaltzeiten zu erreichen 
(was man ja für den GHz Bereicht braucht), da die parasitären Elemente 
(Induktivitäten und Kapazitäten) im Gehäuse bereits einen nicht 
unerheblichen Faktor einnehmen werden, so dass selbst das beste PCB 
Layout kaum noch Verbessung erbringen kann.

> Es heißt ja eig. das diese Halbleiter in GHz bereichen verbaut werden...
Aber nicht in deiner Leistungsklasse ;) Und die GaN Hersteller, die das 
behaupten, bauen ihre Argumente auf reiner Theorie auf ;)
Transphorm hat einen GaN Dreiphasen Wechselrichter für einen Motor 
gebaut. Schaltfrequenz: 100 kHz - also fernab von 1 GHz. :) Wirkungsgrad 
war jedoch >98% was für die Schaltfrequenz ziemlich nice ist. Und mit 
entsprechender Topologie (ggf. Weich schaltend) stelle ich mir durchaus 
vor, dass GHz grundsätzlich möglich ist.
>
> Soweit ich die AppNotes verstanden habe strahlen diese Halbleiter auch
> weniger, weil die Transienten deutlich reduziert werden im vergleich zu
> Si-FET's.
Magst du mir bitte zeigen, wo du das gelesen hast? Kürzere Transienten 
bedeuten eher höhere Strahlung:
1. Die PWM ähnelt eher eines echtem Rechtecks anstelle eines Trapezes 
und das verschlechtert das EMV Spektrum -> Fourier beweist das
-> Die parasitären Effekte (L und C) erzeugen hochfrequente 
Oszillationen in deinen Strom- und Spannungsverläufen, was sich wiederum 
negativ in der EMV bemerkbar macht.
> Es geht mir um die Effizienz, nicht den Preis.
Rein vom Wirkungsgrad her bei fsw=1GHz, V=400V, I=15A, Si vs. GaN:
GaN schlägt Si


Ich persönlich finde das Thema sehr spannend. Auch wenn es noch viele 
Herausforderungen mit sich bringt und viele aus der Industrie wenig 
Interesse daran haben, finde ich, dass das Thema mehr an Wichtigkeit 
gewinnen sollte. Sonst schreib mir doch einfach eine PM. Ich freue mich 
immer über eine Diskussion diesbezüglich.

[Hannes (Gast)]

Martin D. schrieb:
> Es heißt ja eig. das diese Halbleiter in GHz bereichen verbaut werden...

Nicht mehr nurnoch! Es gibt ganz interessante "Abarten" wie von EPC oder 
Transphorm, die GaN als die neue Technologie sehen!
Schneller als IGBTs, Spannungsfester als "MOS-FETs".

Ganz nebenbei haben die auch einen super RDSOn. EPC2001 z.B. hat max. 7 
miliOhm bei 25A cont/100V Typen und nur 8nF Total Gate Charge. (Aber 
gruselige Gehäuse!)

Transphorm hingegen hat direkte Leistungshalbleiter auf GaN Basis für 
600V in "einfacherem" Gehäuse und schaffen 150 bis 500V/nsec beim 
schalten!