Frage zur maximalen Schaltfrequenz SiC FET

[Tim M. (tim797)]

Hallo zusammen,

ich habe mal eine Frage zu einem SiC FET.

Also mal angenommen der Gate Treiber und alles stimmt, und kann den FET 
optimal versorgen. Wie hoch ist die maximale Schaltfrequenz des 
folgenden FET bei einer Spannung von 1000V? (D zu S). Und wie wird das 
berechnet?

https://www.mouser.ch/datasheet/2/268/Microsemi_MSC750SMA170B_SiC_MOSFET_Datasheet_B-1855559.pdf

[Christian S. (roehrenvorheizer)]

Hallo,

zählt man die angegeben Zeiten zusammen, ergeben sich 40 ns, 
entsprechend 25 MHz. Nur wird es in der Praxis eher langsamer ausfallen.


mfG

[Kevin M. (arduinolover)]

Die Stärken von SiC liegen in ihrer Spannungsfestigkeit nicht in der 
möglichen Frequenz. Mit SiC kann man typischer weise Schaltfrequenzen 
mit mehreren 100KHz erreichen vielleicht noch bis rauf zu 1MHz, je nach 
Lastfall. Mehr halte ich für unwahrscheinlich, da muss man dann eher 
Richtung GaN gehen. Das ist aber wie gesagt immer recht Last spezifisch.

Du kannst mal die Schaltverluste überschlagen, da gibts online Infos 
dazu.

[Tim M. (tim797)]

Ah, dass passt schon. Ich möchte auf ca 250Khz und ein Rechtecksignal 
erzeugen.

Christian S. schrieb:
> Hallo,
>
> zählt man die angegeben Zeiten zusammen, ergeben sich 40 ns,
> entsprechend 25 MHz. Nur wird es in der Praxis eher langsamer ausfallen.

Kannst Du mir sagen, welche Zeiten Du da zusammengezählt hast?

Kevin M. schrieb:
> Die Stärken von SiC liegen in ihrer Spannungsfestigkeit nicht in der
> möglichen Frequenz. Mit SiC kann man typischer weise Schaltfrequenzen
> mit mehreren 100KHz erreichen vielleicht noch bis rauf zu 1MHz, je nach
> Lastfall. Mehr halte ich für unwahrscheinlich, da muss man dann eher
> Richtung GaN gehen. Das ist aber wie gesagt immer recht Last spezifisch.
>
> Du kannst mal die Schaltverluste überschlagen, da gibts online Infos
> dazu.

Es werden ungefähr 0.5 bis 2A über die Last fließen. Also grob 2000W 
(kein C und L)

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Tim M. schrieb:
> Kannst Du mir sagen, welche Zeiten Du da zusammengezählt hast?
Christian S. schrieb:
>>> zählt man die angegeben Zeiten zusammen

Tim M. schrieb:
> Also mal angenommen der Gate Treiber und alles stimmt
Die Spannungen bei der Gateansteuerung für derartig schnelle 
Schaltzeiten sind übrigens recht niederohmige -5V und +20V. Das steht da 
so nebenbei im Datenblatt drin, ein Stück hinter dem Werbeslogan "Simple 
to drive" auf der ersten Seite...

[Purzel H. (hacky)]

Je hoeher die Leistungen sind, desto langsamer schaltet man. 2kW mit 
100kHz .. moeglicherweise, probier mal.
Das haengt mit den Stoerungen zusammen. 2A in 1us schalten ist etwas 
Anderes wie 200A.

[Tim M. (tim797)]

Purzel H. schrieb:
> Je hoeher die Leistungen sind, desto langsamer schaltet man. 2kW
> mit
> 100kHz .. moeglicherweise, probier mal.

Der normale Betreib ist bei 500W.

[fefe (Gast)]

Christian S. schrieb:
> Hallo,
>
> zählt man die angegeben Zeiten zusammen, ergeben sich 40 ns,
> entsprechend 25 MHz. Nur wird es in der Praxis eher langsamer ausfallen.
>
> mfG

Diese Rechnung ist bei kontinuierlichem Betrieb (keine Einzelpulse) 
nicht wirklich hilfreich, denn der begrenzende Faktor sind die 
Schaltverluste. Diese sind in Fig. 11 bis Fig. 14 abgebildet und hängen 
natürlich vom Strom ab, zudem müsste man jetzt wissen, ob du hard oder 
soft switching hast. Die Temperaturabhängigkeit (Fig. 14) nicht 
vergessen! Leider fehlt in Fig. 13 die verwendete Spannung, eventuell 
könnte man sich die fehlende Information mit den restlichen Daten noch 
irgendwie zusammenreimen.

Das absolute Minimum wäre das Eoff Limit, das bei 1000 V und 4 Ohm 
Gatewiderstand bei ca. 20 uJ liegt. Multiplikation mit der 
Schaltfrequenz ergibt die Schaltverluste, abhängig vom Kühlsystem musst 
du dir dann überlegen, ob du in der Lage bis die entstehenden Verluste 
abzuführen Bei 100 kHz entstehen 2 W Verluste, für ein TO-247 kein 
Problem. Theoretisch könntest du auf mehr als 1 MHz rauf (20 W), 
praktisch wird dir alleine die parasitäre Kapazität des PCBs bereits 
vorher einen Strich durch die Rechnung machen.

Bei 2 A Laststrom kannst du die Leitverluste (ca. 5 W, abhängig vom 
genauen Stromverlauf und duty cycle) wohl fast vernachlässigen, 
bezüglich der Schaltverluste kannst du aus Fig. 14 für 5 A und 120 °C 
200 uJ ablesen. Gemäss Fig. 11 solltest du bei 2 A ein bisschen mehr als 
die Hälfte haben, also grob 120 uJ. Macht ohne Leitverluste bei 250 kHz 
ca. 30 W mit Leitverlusten 35 W, das sollte man aus einem TO-247 
wegbringen.

[Tim M. (tim797)]

fefe schrieb:
> zudem müsste man jetzt wissen, ob du hard oder
> soft switching hast.

Ich vermute, "hard" und "soft" meint, dass der FET schnell oder langsam 
leitend wird.

Habe ich das richtig verstanden?

Das Spannung soll so schnell wie möglich geschaltet werden. Damit meine 
ich, dass ich ein möglichst guten Rechteck haben möchte. Also keine 
langsam steigende Flanken.

[Nico26plus1 (Gast)]

Tim M. schrieb:
> Ich vermute, "hard" und "soft" meint, dass der FET schnell oder langsam
> leitend wird.
>
> Habe ich das richtig verstanden?

'soft' meint eher, dass man bei Spannung von Null einschaltet oder bei 
einem Strom von Null ausschaltet... aber um das zu erreichen braucht es 
dann doch L und Cs

[Tim M. (tim797)]

Nico26plus1 schrieb:
> Tim M. schrieb:
>> Ich vermute, "hard" und "soft" meint, dass der FET schnell oder langsam
>> leitend wird.
>>
>> Habe ich das richtig verstanden?
>
> 'soft' meint eher, dass man bei Spannung von Null einschaltet oder bei
> einem Strom von Null ausschaltet... aber um das zu erreichen braucht es
> dann doch L und Cs

Ah, danke für den Hinweis.

[fefe (Gast)]

Mit "soft-switching" bei MOSFETs meine ich Zero-Voltage Switching (ZVS), 
d.h. der MOSFET schaltet ein wenn die Spannung über dem Schalter Null 
ist.

Darf man erfahren, was das ganze werden soll? Was für eine Topologie und 
was für ein Modulationsverfahren verwendest du?

[Tim M. (tim797)]

fefe schrieb:
> Mit "soft-switching" bei MOSFETs meine ich Zero-Voltage Switching
> (ZVS),
> d.h. der MOSFET schaltet ein wenn die Spannung über dem Schalter Null
> ist.
>
> Darf man erfahren, was das ganze werden soll? Was für eine Topologie und
> was für ein Modulationsverfahren verwendest du?

Danke für die Antwort. Ich habe leider sehr schlecht Erfahrungen damit 
gemacht, die genaue Verwendung zu beschreiben. Leider wird das dann 
immer in das Lächerliche gezogen. Daher werde ich es erst mal nicht 
beschreiben und hoffe auf Dein Verständnis. Meine Frage ist aber 
beantwortet und ich danke allen Beteiligten.

[Pandur S. (jetztnicht)]

>Das Spannung soll so schnell wie möglich geschaltet werden. Damit meine
ich, dass ich ein möglichst guten Rechteck haben möchte. Also keine
langsam steigende Flanken.

Das sagt sich schnell - bevor verstanden wurde worum's geht. Es geht 
nicht darum, die Flanke etwas steiler zu machen, weil man sonst nichts 
zu tun hat. Es geht um Stoerungen, leitungsgebundene Stoerungen, 
abgestrahlte Stoerungen, um Elektronik welche nicht zuverlaessig laeuft 
weil sie sich selbst stoert.