A terceira geração de semicondutores, representada pelo nitreto de gálio (GaN) e pelo carboneto de silício (SiC), foi rapidamente desenvolvida devido às suas excelentes propriedades. No entanto, como medir com precisão os parâmetros e características destes dispositivos, a fim de explorar o seu potencial e otimizar a sua eficiência e fiabilidade, requer equipamentos de medição de alta precisão e métodos profissionais.
A nova geração de materiais de banda larga (WBG) representados por carboneto de silício (SiC) e nitreto de gálio (GaN) estão se tornando cada vez mais amplamente utilizados. Eletricamente, essas substâncias estão mais próximas dos isolantes do que o silício e outros materiais semicondutores típicos. Essas substâncias são projetadas para superar as limitações do silício porque é um material de banda estreita e, portanto, causa um vazamento fraco de condutividade elétrica, que se torna mais pronunciado à medida que a temperatura, a tensão ou a frequência aumentam. O limite lógico para esse vazamento é a condutividade descontrolada, equivalente a uma falha operacional do semicondutor.
Destes dois materiais de banda larga, o GaN é principalmente adequado para esquemas de implementação de baixa e média potência, em torno de 1 kV e abaixo de 100 A. Uma área de crescimento significativo para o GaN é o seu uso em iluminação LED, mas também está crescendo em outros usos de baixa potência. como comunicações automotivas e de RF. Em contraste, as tecnologias em torno do SiC são mais desenvolvidas do que o GaN e são mais adequadas para aplicações de maior potência, como inversores de tração de veículos elétricos, transmissão de energia, grandes equipamentos HVAC e sistemas industriais.
Os dispositivos SiC são capazes de operar em tensões mais altas, frequências de comutação mais altas e temperaturas mais altas do que os MOSFETs de Si. Nessas condições, o SiC apresenta maior desempenho, eficiência, densidade de potência e confiabilidade. Estas vantagens estão a ajudar os projetistas a reduzir o tamanho, o peso e o custo dos conversores de energia para torná-los mais competitivos, especialmente em segmentos de mercado lucrativos, como aviação, militares e veículos elétricos.
Os MOSFETs de SiC desempenham um papel crucial no desenvolvimento de dispositivos de conversão de energia de próxima geração devido à sua capacidade de alcançar maior eficiência energética em projetos baseados em componentes menores. A mudança também exige que os engenheiros revisitem algumas das técnicas de projeto e teste tradicionalmente usadas para criar eletrônica de potência.
A demanda por testes rigorosos está crescendo
Para aproveitar plenamente o potencial dos dispositivos SiC e GaN, são necessárias medições precisas durante a operação de comutação para otimizar a eficiência e a confiabilidade. Os procedimentos de teste para dispositivos semicondutores SiC e GaN devem levar em consideração as frequências e tensões operacionais mais altas desses dispositivos.
O desenvolvimento de ferramentas de teste e medição, como geradores de função arbitrária (AFGs), osciloscópios, instrumentos de unidades de medição de fonte (SMU) e analisadores de parâmetros, está ajudando os engenheiros de projeto de energia a obter resultados mais poderosos com mais rapidez. Esta atualização de equipamentos está ajudando-os a enfrentar os desafios diários. “Minimizar as perdas de comutação continua sendo um grande desafio para os engenheiros de equipamentos de energia”, disse Jonathan Tucker, chefe de marketing de fontes de alimentação da Teck/Gishili. Esses projetos devem ser medidos rigorosamente para garantir consistência. Uma das principais técnicas de medição é chamada de teste de pulso duplo (DPT), que é o método padrão para medir os parâmetros de comutação de MOSFETs ou dispositivos de potência IGBT.
A configuração para realizar teste de pulso duplo de semicondutor SiC inclui: gerador de função para acionar a grade MOSFET; Osciloscópio e software de análise para medição de VDS e ID. Além dos testes de pulso duplo, ou seja, além dos testes em nível de circuito, existem testes em nível de material, testes em nível de componente e testes em nível de sistema. Inovações em ferramentas de teste permitiram que engenheiros de projeto em todos os estágios do ciclo de vida trabalhassem em dispositivos de conversão de energia que pudessem atender a requisitos de projeto rigorosos com boa relação custo-benefício.
Estar preparado para certificar equipamentos em resposta a mudanças regulatórias e novas necessidades tecnológicas para equipamentos de usuário final, desde geração de energia até veículos elétricos, permite que as empresas que trabalham em eletrônica de potência se concentrem na inovação de valor agregado e estabeleçam as bases para o crescimento futuro.
Horário da postagem: 27 de março de 2023