Treća generacija poluprovodnika, koju predstavljaju galijum nitrid (GaN) i silicijum karbid (SiC), brzo se razvila zahvaljujući svojim odličnim svojstvima. Međutim, kako precizno izmjeriti parametre i karakteristike ovih uređaja kako bi se iskoristio njihov potencijal i optimizovala njihova efikasnost i pouzdanost, potrebna je visokoprecizna mjerna oprema i profesionalne metode.
Nova generacija materijala sa širokim energetskim procjepom (WBG), koju predstavljaju silicijum karbid (SiC) i galijum nitrid (GaN), sve se više koristi. Električno, ove supstance su bliže izolatorima nego silicijum i drugi tipični poluprovodnički materijali. Ove supstance su dizajnirane da prevaziđu ograničenja silicijuma jer je to materijal sa uskim energetskim procjepom i stoga uzrokuje slabo curenje električne provodljivosti, koje postaje izraženije kako se temperatura, napon ili frekvencija povećavaju. Logička granica ovog curenja je nekontrolisana provodljivost, ekvivalentna kvaru poluprovodnika.
Od ova dva materijala sa širokim energetskim procjepom, GaN je uglavnom pogodan za implementaciju u šemama niske i srednje snage, oko 1 kV i ispod 100 A. Jedno značajno područje rasta za GaN je njegova upotreba u LED rasvjeti, ali i u drugim primjenama niske snage kao što su automobilska industrija i RF komunikacije. Nasuprot tome, tehnologije koje okružuju SiC su bolje razvijene od GaN-a i pogodnije su za primjene veće snage kao što su inverteri za vuču električnih vozila, prijenos snage, velika HVAC oprema i industrijski sistemi.
SiC uređaji su sposobni za rad na višim naponima, višim frekvencijama preključivanja i višim temperaturama od Si MOSFET-ova. Pod ovim uslovima, SiC ima veće performanse, efikasnost, gustinu snage i pouzdanost. Ove prednosti pomažu dizajnerima da smanje veličinu, težinu i cijenu pretvarača energije kako bi ih učinili konkurentnijim, posebno u unosnim tržišnim segmentima kao što su avijacija, vojska i električna vozila.
SiC MOSFET-ovi igraju ključnu ulogu u razvoju uređaja za konverziju energije sljedeće generacije zbog svoje sposobnosti da postignu veću energetsku efikasnost u dizajnima zasnovanim na manjim komponentama. Ova promjena također zahtijeva od inženjera da preispitaju neke od tehnika dizajna i testiranja koje su se tradicionalno koristile za stvaranje energetske elektronike.
Potražnja za rigoroznim testiranjem raste
Da bi se u potpunosti ostvario potencijal SiC i GaN uređaja, potrebna su precizna mjerenja tokom preključivanja kako bi se optimizirala efikasnost i pouzdanost. Procedure ispitivanja SiC i GaN poluprovodničkih uređaja moraju uzeti u obzir više radne frekvencije i napone ovih uređaja.
Razvoj alata za testiranje i mjerenje, kao što su generatori proizvoljnih funkcija (AFG), osciloskopi, instrumenti za mjerenje izvora (SMU) i analizatori parametara, pomaže inženjerima za projektovanje električne energije da brže postignu snažnije rezultate. Ova nadogradnja opreme pomaže im da se nose sa svakodnevnim izazovima. „Minimiziranje gubitaka pri preključivanju ostaje glavni izazov za inženjere energetske opreme“, rekao je Jonathan Tucker, šef marketinga za napajanje u Teck/Gishili. Ovi dizajni moraju se rigorozno mjeriti kako bi se osigurala konzistentnost. Jedna od ključnih tehnika mjerenja naziva se test dvostrukog impulsa (DPT), što je standardna metoda za mjerenje parametara preključivanja MOSFET-ova ili IGBT energetskih uređaja.
Postavke za izvođenje dvostrukog impulsnog testiranja SiC poluprovodnika uključuju: generator funkcija za pokretanje MOSFET mreže; osciloskop i softver za analizu za mjerenje VDS-a i ID-a. Pored dvostrukog impulsnog testiranja, odnosno testiranja na nivou kola, postoji i testiranje na nivou materijala, testiranje na nivou komponenti i testiranje na nivou sistema. Inovacije u alatima za testiranje omogućile su inženjerima dizajna u svim fazama životnog ciklusa da rade na uređajima za konverziju energije koji mogu isplativo ispuniti stroge zahtjeve dizajna.
Spremnost za certificiranje opreme kao odgovor na regulatorne promjene i nove tehnološke potrebe za opremom krajnjih korisnika, od proizvodnje energije do električnih vozila, omogućava kompanijama koje rade na energetskoj elektronici da se fokusiraju na inovacije s dodanom vrijednošću i postave temelje za budući rast.
Vrijeme objave: 27. mart 2023.