Третото поколение полупроводници, представено от галиев нитрид (GaN) и силициев карбид (SiC), се развива бързо благодарение на отличните си свойства. Въпреки това, как точно да се измерят параметрите и характеристиките на тези устройства, за да се използва техният потенциал и да се оптимизира тяхната ефективност и надеждност, изисква високопрецизно измервателно оборудване и професионални методи.
Новото поколение материали с широка забранена зона (WBG), представени от силициев карбид (SiC) и галиев нитрид (GaN), намират все по-широко приложение. От електрическа гледна точка тези вещества са по-близки до изолаторите, отколкото силиция и други типични полупроводникови материали. Тези вещества са предназначени да преодолеят ограниченията на силиция, тъй като той е материал с тясна забранена зона и следователно причинява слабо изтичане на електрическа проводимост, което става по-изразено с повишаване на температурата, напрежението или честотата. Логичното ограничение на това изтичане е неконтролираната проводимост, еквивалентна на повреда в полупроводника.
От тези два материала с широка забранена зона, GaN е подходящ главно за схеми за внедряване на ниска и средна мощност, около 1 kV и под 100 A. Една значителна област на растеж за GaN е използването му в LED осветление, но също така се разраства и в други приложения с ниска мощност, като например автомобилни и радиочестотни комуникации. За разлика от това, технологиите около SiC са по-добре развити от GaN и са по-подходящи за приложения с по-висока мощност, като например инвертори за тяга на електрически превозни средства, пренос на енергия, голямо ОВК оборудване и промишлени системи.
SiC устройствата са способни да работят при по-високи напрежения, по-високи честоти на превключване и по-високи температури от Si MOSFET транзисторите. При тези условия SiC има по-висока производителност, ефективност, плътност на мощността и надеждност. Тези предимства помагат на разработчиците да намалят размера, теглото и цената на силовите преобразуватели, за да ги направят по-конкурентоспособни, особено в доходоносни пазарни сегменти като авиацията, военните и електрическите превозни средства.
SiC MOSFET транзисторите играят ключова роля в разработването на устройства за преобразуване на енергия от следващо поколение, поради способността им да постигат по-голяма енергийна ефективност в конструкции, базирани на по-малки компоненти. Промяната изисква също така инженерите да преразгледат някои от техниките за проектиране и тестване, традиционно използвани за създаване на силова електроника.
Търсенето на строги тестове нараства
За да се реализира напълно потенциалът на SiC и GaN устройствата, са необходими прецизни измервания по време на превключване, за да се оптимизира ефективността и надеждността. Процедурите за тестване на SiC и GaN полупроводникови устройства трябва да отчитат по-високите работни честоти и напрежения на тези устройства.
Разработването на инструменти за тестване и измерване, като генератори на произволни функции (AFG), осцилоскопи, инструменти за измерване на източник (SMU) и анализатори на параметри, помага на инженерите по проектиране на енергийни системи да постигат по-мощни резултати по-бързо. Това модернизиране на оборудването им помага да се справят с ежедневните предизвикателства. „Минимизирането на загубите при превключване остава основно предизвикателство за инженерите на силово оборудване“, каза Джонатан Тъкър, ръководител на маркетинга на захранванията в Teck/Gishili. Тези проекти трябва да бъдат стриктно измервани, за да се осигури последователност. Една от ключовите техники за измерване се нарича тест с двоен импулс (DPT), който е стандартният метод за измерване на параметрите на превключване на MOSFET или IGBT силови устройства.
Настройката за извършване на двойноимпулсно тестване на SiC полупроводници включва: функционален генератор за управление на MOSFET мрежа; осцилоскоп и софтуер за анализ за измерване на VDS и ID. В допълнение към двойноимпулсното тестване, т.е. в допълнение към тестването на ниво схема, има тестване на ниво материал, тестване на ниво компонент и тестване на ниво система. Иновациите в инструментите за тестване позволиха на инженерите-конструктори на всички етапи от жизнения цикъл да работят върху устройства за преобразуване на мощност, които могат да отговорят на строгите изисквания за проектиране по икономически ефективен начин.
Готовността за сертифициране на оборудване в отговор на регулаторни промени и нови технологични нужди за оборудване за крайните потребители, от производство на електроенергия до електрически превозни средства, позволява на компаниите, работещи в областта на силовата електроника, да се съсредоточат върху иновации с добавена стойност и да положат основите за бъдещ растеж.
Време на публикуване: 27 март 2023 г.