A terceira xeración de semicondutores, representada polo nitruro de galio (GaN) e o carburo de silicio (SiC), desenvolveuse rapidamente debido ás súas excelentes propiedades. Non obstante, como medir con precisión os parámetros e características destes dispositivos para aproveitar o seu potencial e optimizar a súa eficiencia e fiabilidade require equipos de medición de alta precisión e métodos profesionais.
A nova xeración de materiais de banda ampla (WBG) representada polo carburo de silicio (SiC) e o nitruro de galio (GaN) está a ser cada vez máis ampla. Eléctricamente, estas substancias están máis próximas aos illantes que o silicio e outros materiais semicondutores típicos. Estas substancias están deseñadas para superar as limitacións do silicio porque é un material de banda estreita e, polo tanto, provoca unha fuga deficiente da condutividade eléctrica, que se fai máis acusada a medida que aumenta a temperatura, a tensión ou a frecuencia. O límite lóxico desta fuga é a condutividade incontrolada, equivalente a un fallo de funcionamento dos semicondutores.
Destes dous materiais de banda ampla, o GaN é adecuado principalmente para esquemas de implementación de baixa e media potencia, ao redor de 1 kV e por debaixo de 100 A. Unha área de crecemento importante para GaN é o seu uso na iluminación LED, pero tamén crece noutros usos de baixa potencia. como comunicacións de automoción e RF. Pola contra, as tecnoloxías que rodean o SiC están mellor desenvolvidas que o GaN e son máis adecuadas para aplicacións de maior potencia, como inversores de tracción de vehículos eléctricos, transmisión de enerxía, grandes equipos HVAC e sistemas industriais.
Os dispositivos SiC son capaces de funcionar a voltaxes máis altas, frecuencias de conmutación máis altas e temperaturas máis altas que os MOSFET Si. Nestas condicións, o SiC ten un maior rendemento, eficiencia, densidade de enerxía e fiabilidade. Estas vantaxes están a axudar aos deseñadores a reducir o tamaño, o peso e o custo dos convertidores de enerxía para facelos máis competitivos, especialmente en segmentos lucrativos de mercado como a aviación, os vehículos militares e os vehículos eléctricos.
Os MOSFET SiC xogan un papel crucial no desenvolvemento de dispositivos de conversión de enerxía de próxima xeración debido á súa capacidade para acadar unha maior eficiencia enerxética en deseños baseados en compoñentes máis pequenos. O cambio tamén esixe que os enxeñeiros revisen algunhas das técnicas de deseño e proba que se usan tradicionalmente para crear electrónica de potencia.
A demanda de probas rigorosas está crecendo
Para realizar plenamente o potencial dos dispositivos SiC e GaN, son necesarias medicións precisas durante a operación de conmutación para optimizar a eficiencia e a fiabilidade. Os procedementos de proba dos dispositivos semicondutores SiC e GaN deben ter en conta as frecuencias e tensións de funcionamento máis altas destes dispositivos.
O desenvolvemento de ferramentas de proba e medición, como xeradores de funcións arbitrarias (AFG), osciloscopios, instrumentos de unidades de medida de fonte (SMU) e analizadores de parámetros, está a axudar aos enxeñeiros de deseño de enerxía a conseguir resultados máis potentes con máis rapidez. Esta actualización dos equipos está a axudarlles a afrontar os retos diarios. "Minimizar as perdas de conmutación segue sendo un gran desafío para os enxeñeiros de equipos de enerxía", dixo Jonathan Tucker, xefe de mercadotecnia de fontes de enerxía en Teck/Gishili. Estes deseños deben medirse con rigor para garantir a coherencia. Unha das principais técnicas de medición chámase proba de dobre pulso (DPT), que é o método estándar para medir os parámetros de conmutación de MOSFET ou dispositivos de potencia IGBT.
A configuración para realizar a proba de dobre pulso de semicondutores SiC inclúe: xerador de funcións para conducir a rede MOSFET; Osciloscopio e software de análise para medir VDS e ID. Ademais das probas de dobre pulso, é dicir, ademais das probas de nivel de circuíto, hai probas de nivel de material, probas de nivel de compoñentes e probas de nivel de sistema. As innovacións nas ferramentas de proba permitiron aos enxeñeiros de deseño en todas as fases do ciclo de vida traballar para conseguir dispositivos de conversión de enerxía que poidan cumprir os estrictos requisitos de deseño de forma rendible.
Estar preparado para certificar equipos en resposta aos cambios normativos e ás novas necesidades tecnolóxicas dos equipos dos usuarios finais, desde a xeración de enerxía ata os vehículos eléctricos, permite ás empresas que traballan na electrónica de potencia centrarse na innovación de valor engadido e sentar as bases para o crecemento futuro.
Hora de publicación: 27-mar-2023