Tretja generacija polprevodnikov, ki jo predstavljata galijev nitrid (GaN) in silicijev karbid (SiC), se zaradi svojih odličnih lastnosti hitro razvija. Kako pa natančno izmeriti parametre in značilnosti teh naprav, da bi izkoristili njihov potencial ter optimizirali njihovo učinkovitost in zanesljivost, zahteva visoko natančno merilno opremo in profesionalne metode.
Nova generacija materialov s široko pasovno vrzeljo (WBG), ki jih predstavljata silicijev karbid (SiC) in galijev nitrid (GaN), postaja vse bolj razširjena. Električno so te snovi bližje izolatorjem kot silicij in drugi tipični polprevodniški materiali. Te snovi so zasnovane tako, da premagajo omejitve silicija, ker je material z ozko pasovno vrzeljo in zato povzroča slabo uhajanje električne prevodnosti, ki postane izrazitejše z naraščanjem temperature, napetosti ali frekvence. Logična omejitev tega uhajanja je nenadzorovana prevodnost, enaka okvari delovanja polprevodnika.
Od teh dveh materialov s široko pasovno vrzeljo je GaN v glavnem primeren za izvedbene sheme z nizko in srednjo močjo, okoli 1 kV in pod 100 A. Eno od pomembnih področij rasti za GaN je njegova uporaba v LED razsvetljavi, narašča pa tudi v drugih uporabah z nizko porabo energije. kot so avtomobilske in RF komunikacije. Nasprotno pa so tehnologije, ki obdajajo SiC, bolje razvite kot GaN in so bolj primerne za aplikacije z večjo močjo, kot so vlečni pretvorniki električnih vozil, prenos moči, velika oprema HVAC in industrijski sistemi.
SiC naprave lahko delujejo pri višjih napetostih, višjih preklopnih frekvencah in višjih temperaturah kot Si MOSFET-ji. V teh pogojih ima SiC večjo zmogljivost, učinkovitost, gostoto moči in zanesljivost. Te prednosti pomagajo oblikovalcem zmanjšati velikost, težo in stroške električnih pretvornikov, da postanejo bolj konkurenčni, zlasti v donosnih tržnih segmentih, kot so letalstvo, vojaška in električna vozila.
SiC MOSFET-ji igrajo ključno vlogo pri razvoju naprav za pretvorbo električne energije naslednje generacije zaradi svoje zmožnosti doseganja večje energetske učinkovitosti v dizajnih, ki temeljijo na manjših komponentah. Premik prav tako zahteva, da inženirji ponovno pregledajo nekatere tehnike načrtovanja in testiranja, ki se tradicionalno uporabljajo za ustvarjanje močnostne elektronike.
Povpraševanje po strogem testiranju narašča
Da bi v celoti izkoristili potencial naprav SiC in GaN, so potrebne natančne meritve med preklopnim delovanjem za optimizacijo učinkovitosti in zanesljivosti. Testni postopki za polprevodniške naprave SiC in GaN morajo upoštevati višje delovne frekvence in napetosti teh naprav.
Razvoj preskusnih in merilnih orodij, kot so generatorji poljubnih funkcij (AFG), osciloskopi, instrumenti enote za merjenje vira (SMU) in analizatorji parametrov, pomaga inženirjem za načrtovanje električne energije hitreje doseči močnejše rezultate. Ta nadgradnja opreme jim pomaga pri vsakodnevnih izzivih. »Minimiziranje preklopnih izgub ostaja velik izziv za inženirje električne opreme,« je dejal Jonathan Tucker, vodja trženja napajalnikov pri Teck/Gishili. Te zasnove je treba natančno izmeriti, da se zagotovi doslednost. Ena od ključnih merilnih tehnik se imenuje dvojni impulzni test (DPT), ki je standardna metoda za merjenje preklopnih parametrov napajalnih naprav MOSFET ali IGBT.
Nastavitev za izvedbo testa dvojnega impulza polprevodnikov SiC vključuje: funkcijski generator za pogon mreže MOSFET; Osciloskop in programska oprema za analizo za merjenje VDS in ID. Poleg testiranja z dvojnim impulzom, to je poleg testiranja ravni vezja, obstajajo tudi testiranje ravni materiala, testiranje ravni komponent in testiranje ravni sistema. Inovacije v orodjih za testiranje so oblikovalcem omogočile na vseh stopnjah življenjskega cikla, da si prizadevajo za naprave za pretvorbo moči, ki lahko stroškovno učinkovito izpolnjujejo stroge konstrukcijske zahteve.
Pripravljenost na certificiranje opreme kot odgovor na regulativne spremembe in nove tehnološke potrebe za opremo za končne uporabnike, od proizvodnje električne energije do električnih vozil, omogoča podjetjem, ki se ukvarjajo z močnostno elektroniko, da se osredotočijo na inovacije z dodano vrednostjo in postavijo temelje za prihodnjo rast.
Čas objave: 27. marec 2023