Treća generacija poluvodiča, koju predstavljaju galijev nitrid (GaN) i silicijev karbid (SiC), brzo se razvila zbog svojih izvrsnih svojstava. Međutim, kako točno izmjeriti parametre i karakteristike ovih uređaja kako bi se iskoristio njihov potencijal i optimizirala njihova učinkovitost i pouzdanost, potrebna je visokoprecizna mjerna oprema i profesionalne metode.
Nova generacija materijala sa širokim energetskim razmakom (WBG), koju predstavljaju silicijev karbid (SiC) i galijev nitrid (GaN), sve se više koristi. Električno su ove tvari bliže izolatorima od silicija i drugih tipičnih poluvodičkih materijala. Ove su tvari dizajnirane kako bi prevladale ograničenja silicija jer je to materijal s uskim energetskim razmakom i stoga uzrokuje slabo propuštanje električne vodljivosti, koje postaje izraženije s porastom temperature, napona ili frekvencije. Logička granica ovog propuštanja je nekontrolirana vodljivost, ekvivalentna kvaru poluvodiča.
Od ova dva materijala sa širokim energetskim procjepom, GaN je uglavnom prikladan za sheme implementacije 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 rast 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 prikladnije su za primjene veće snage kao što su pretvarači za vuču električnih vozila, prijenos snage, velika HVAC oprema i industrijski sustavi.
SiC uređaji mogu raditi na višim naponima, višim frekvencijama preklapanja i višim temperaturama od Si MOSFET-ova. U tim uvjetima, SiC ima veće performanse, učinkovitost, gustoću snage i pouzdanost. Ove prednosti pomažu dizajnerima da smanje veličinu, težinu i cijenu pretvarača snage kako bi ih učinili konkurentnijima, posebno u unosnim tržišnim segmentima kao što su zrakoplovstvo, vojska i električna vozila.
SiC MOSFET-ovi igraju ključnu ulogu u razvoju uređaja za pretvorbu energije sljedeće generacije zbog svoje sposobnosti postizanja veće energetske učinkovitosti u dizajnima temeljenim 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
Kako bi se u potpunosti ostvario potencijal SiC i GaN uređaja, potrebna su precizna mjerenja tijekom preključivanja kako bi se optimizirala učinkovitost i pouzdanost. Postupci ispitivanja SiC i GaN poluvodičkih uređaja moraju uzeti u obzir više radne frekvencije i napone ovih uređaja.
Razvoj alata za ispitivanje i mjerenje, kao što su generatori proizvoljnih funkcija (AFG), osciloskopi, instrumenti za mjerenje izvora (SMU) i analizatori parametara, pomaže inženjerima za projektiranje energetske opreme da brže postignu snažnije rezultate. Ova nadogradnja opreme pomaže im da se nose sa svakodnevnim izazovima. „Minimiziranje gubitaka pri preklapanju ostaje glavni izazov za inženjere energetske opreme“, rekao je Jonathan Tucker, voditelj marketinga napajanja u Teck/Gishili. Ove dizajne treba rigorozno mjeriti kako bi se osigurala dosljednost. Jedna od ključnih tehnika mjerenja naziva se dvostruki pulsni test (DPT), što je standardna metoda za mjerenje parametara preklapanja MOSFET-ova ili IGBT energetskih uređaja.
Postavka za izvođenje dvostrukog pulsnog ispitivanja SiC poluvodiča uključuje: generator funkcija za pokretanje MOSFET mreže; osciloskop i softver za analizu za mjerenje VDS-a i ID-a. Uz dvostruko pulsno ispitivanje, odnosno uz ispitivanje na razini kruga, postoji i ispitivanje na razini materijala, ispitivanje na razini komponenti i ispitivanje na razini sustava. Inovacije u alatima za ispitivanje omogućile su inženjerima dizajna u svim fazama životnog ciklusa da rade na uređajima za pretvorbu energije koji mogu isplativo zadovoljiti 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, omogućuje tvrtkama koje rade na energetskoj elektronici da se usredotoče na inovacije s dodanom vrijednošću i postave temelje za budući rast.
Vrijeme objave: 27. ožujka 2023.