نسل سوم نیمهرساناها، که با نیترید گالیوم (GaN) و کاربید سیلیکون (SiC) نشان داده میشوند، به دلیل خواص عالی خود به سرعت توسعه یافتهاند. با این حال، چگونگی اندازهگیری دقیق پارامترها و ویژگیهای این دستگاهها به منظور بهرهبرداری از پتانسیل آنها و بهینهسازی کارایی و قابلیت اطمینان آنها، نیازمند تجهیزات اندازهگیری با دقت بالا و روشهای حرفهای است.
نسل جدید مواد با شکاف باند پهن (WBG) که توسط کاربید سیلیکون (SiC) و نیترید گالیوم (GaN) ارائه میشوند، روز به روز بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند. از نظر الکتریکی، این مواد نسبت به سیلیکون و سایر مواد نیمههادی معمولی به عایقها نزدیکتر هستند. این مواد برای غلبه بر محدودیتهای سیلیکون طراحی شدهاند زیرا سیلیکون یک ماده با شکاف باند باریک است و بنابراین باعث نشت ضعیف رسانایی الکتریکی میشود که با افزایش دما، ولتاژ یا فرکانس بیشتر مشخص میشود. حد منطقی این نشت، رسانایی کنترل نشده است که معادل خرابی عملکرد نیمههادی است.
از بین این دو ماده با شکاف باند پهن، GaN عمدتاً برای طرحهای پیادهسازی توان کم و متوسط، حدود ۱ کیلوولت و کمتر از ۱۰۰ آمپر، مناسب است. یکی از زمینههای رشد قابل توجه برای GaN، استفاده از آن در روشنایی LED است، اما در سایر کاربردهای کمتوان مانند خودرو و ارتباطات RF نیز در حال رشد است. در مقابل، فناوریهای پیرامون SiC بهتر از GaN توسعه یافتهاند و برای کاربردهای توان بالاتر مانند اینورترهای کششی وسایل نقلیه الکتریکی، انتقال قدرت، تجهیزات بزرگ HVAC و سیستمهای صنعتی مناسبتر هستند.
قطعات SiC قادر به کار در ولتاژهای بالاتر، فرکانسهای سوئیچینگ بالاتر و دماهای بالاتر نسبت به MOSFETهای Si هستند. در این شرایط، SiC عملکرد، راندمان، چگالی توان و قابلیت اطمینان بالاتری دارد. این مزایا به طراحان کمک میکند تا اندازه، وزن و هزینه مبدلهای قدرت را کاهش دهند تا آنها را رقابتیتر کنند، به خصوص در بخشهای پرسود بازار مانند هوانوردی، نظامی و وسایل نقلیه الکتریکی.
ماسفتهای SiC به دلیل تواناییشان در دستیابی به بهرهوری انرژی بیشتر در طراحیهای مبتنی بر اجزای کوچکتر، نقش حیاتی در توسعهی دستگاههای تبدیل توان نسل بعدی ایفا میکنند. این تغییر همچنین مستلزم آن است که مهندسان برخی از تکنیکهای طراحی و آزمایش که به طور سنتی برای ساخت الکترونیک قدرت استفاده میشوند را مورد بازنگری قرار دهند.
تقاضا برای آزمایشهای دقیق رو به افزایش است
برای تحقق کامل پتانسیل دستگاههای SiC و GaN، اندازهگیریهای دقیقی در طول عملیات سوئیچینگ مورد نیاز است تا راندمان و قابلیت اطمینان بهینه شود. رویههای آزمایش برای دستگاههای نیمههادی SiC و GaN باید فرکانسها و ولتاژهای عملیاتی بالاتر این دستگاهها را در نظر بگیرند.
توسعه ابزارهای تست و اندازهگیری، مانند مولدهای تابع دلخواه (AFG)، اسیلوسکوپها، ابزارهای واحد اندازهگیری منبع (SMU) و آنالیزورهای پارامتر، به مهندسان طراحی برق کمک میکند تا سریعتر به نتایج قدرتمندتری دست یابند. این ارتقاء تجهیزات به آنها کمک میکند تا با چالشهای روزانه کنار بیایند. جاناتان تاکر، رئیس بازاریابی منبع تغذیه در Teck/Gishili، گفت: «به حداقل رساندن تلفات سوئیچینگ همچنان یک چالش بزرگ برای مهندسان تجهیزات برق است.» این طرحها باید به طور دقیق اندازهگیری شوند تا از ثبات اطمینان حاصل شود. یکی از تکنیکهای کلیدی اندازهگیری، تست پالس دوگانه (DPT) نام دارد که روش استاندارد برای اندازهگیری پارامترهای سوئیچینگ MOSFETها یا دستگاههای قدرت IGBT است.
تنظیمات لازم برای انجام تست پالس دوگانه نیمههادی SiC شامل موارد زیر است: مولد تابع برای راهاندازی شبکه MOSFET؛ اسیلوسکوپ و نرمافزار آنالیز برای اندازهگیری VDS و ID. علاوه بر تست پالس دوگانه، یعنی علاوه بر تست سطح مدار، تست سطح مواد، تست سطح اجزا و تست سطح سیستم نیز وجود دارد. نوآوریها در ابزارهای تست، مهندسان طراح را در تمام مراحل چرخه عمر قادر ساخته است تا به سمت دستگاههای تبدیل توانی که میتوانند الزامات طراحی سختگیرانه را به طور مقرون به صرفه برآورده کنند، کار کنند.
آمادگی برای صدور گواهینامه تجهیزات در پاسخ به تغییرات نظارتی و نیازهای جدید فناوری برای تجهیزات کاربر نهایی، از تولید برق گرفته تا خودروهای برقی، به شرکتهای فعال در حوزه الکترونیک قدرت این امکان را میدهد تا بر نوآوریهای ارزش افزوده تمرکز کرده و پایه و اساس رشد آینده را بنا نهند.
زمان ارسال: ۲۷ مارس ۲۰۲۳