A treia generație de semiconductori, reprezentată de nitrura de galiu (GaN) și carbura de siliciu (SiC), s-a dezvoltat rapid datorită proprietăților lor excelente. Cu toate acestea, modul de măsurare precisă a parametrilor și caracteristicilor acestor dispozitive pentru a le valorifica potențialul și a le optimiza eficiența și fiabilitatea necesită echipamente de măsurare de înaltă precizie și metode profesionale.
Noua generație de materiale cu bandă interzisă largă (WBG), reprezentate de carbura de siliciu (SiC) și nitrura de galiu (GaN), devine din ce în ce mai utilizată. Din punct de vedere electric, aceste substanțe sunt mai apropiate de izolatori decât siliciul și alte materiale semiconductoare tipice. Aceste substanțe sunt concepute pentru a depăși limitele siliciului, deoarece este un material cu bandă interzisă îngustă și, prin urmare, provoacă o scurgere slabă a conductivității electrice, care devine mai pronunțată pe măsură ce temperatura, tensiunea sau frecvența cresc. Limita logică a acestei scurgeri este conductivitatea necontrolată, echivalentă cu o defecțiune a semiconductorului.
Dintre aceste două materiale cu bandă largă de interferență, GaN este potrivit în principal pentru scheme de implementare de putere mică și medie, în jurul a 1 kV și sub 100 A. O zonă semnificativă de creștere pentru GaN este utilizarea sa în iluminatul cu LED-uri, dar se dezvoltă și în alte utilizări de putere mică, cum ar fi industria auto și comunicațiile RF. În schimb, tehnologiile care înconjoară SiC sunt mai bine dezvoltate decât GaN și sunt mai potrivite pentru aplicații de putere mai mare, cum ar fi invertoarele de tracțiune pentru vehicule electrice, transmisia de putere, echipamentele HVAC mari și sistemele industriale.
Dispozitivele SiC sunt capabile să funcționeze la tensiuni mai mari, frecvențe de comutație mai mari și temperaturi mai ridicate decât MOSFET-urile Si. În aceste condiții, SiC are performanțe, eficiență, densitate de putere și fiabilitate mai mari. Aceste avantaje îi ajută pe proiectanți să reducă dimensiunea, greutatea și costul convertoarelor de putere pentru a le face mai competitive, în special în segmente de piață profitabile, cum ar fi aviația, armata și vehiculele electrice.
Transformatoarele MOSFET SiC joacă un rol crucial în dezvoltarea dispozitivelor de conversie a puterii de generație următoare datorită capacității lor de a obține o eficiență energetică mai mare în proiecte bazate pe componente mai mici. Această schimbare impune, de asemenea, inginerilor să revizuiască unele dintre tehnicile de proiectare și testare utilizate în mod tradițional pentru a crea electronică de putere.
Cererea pentru teste riguroase este în creștere
Pentru a valorifica pe deplin potențialul dispozitivelor SiC și GaN, sunt necesare măsurători precise în timpul operațiunii de comutare pentru a optimiza eficiența și fiabilitatea. Procedurile de testare pentru dispozitivele semiconductoare SiC și GaN trebuie să țină cont de frecvențele și tensiunile de funcționare mai mari ale acestor dispozitive.
Dezvoltarea de instrumente de testare și măsurare, cum ar fi generatoarele de funcții arbitrare (AFG), osciloscoapele, instrumentele unității de măsurare a sursei (SMU) și analizoarele de parametri, ajută inginerii de proiectare a energiei să obțină rezultate mai puternice mai rapid. Această modernizare a echipamentelor îi ajută să facă față provocărilor zilnice. „Minimizarea pierderilor de comutare rămâne o provocare majoră pentru inginerii de echipamente energetice”, a declarat Jonathan Tucker, șeful departamentului de marketing pentru surse de alimentare la Teck/Gishili. Aceste proiecte trebuie măsurate riguros pentru a asigura consecvența. Una dintre tehnicile cheie de măsurare se numește testul cu dublu impuls (DPT), care este metoda standard pentru măsurarea parametrilor de comutare ai dispozitivelor de putere MOSFET sau IGBT.
Configurația pentru efectuarea testului cu impuls dublu pe semiconductori SiC include: generator de funcții pentru acționarea rețelei MOSFET; osciloscop și software de analiză pentru măsurarea VDS și ID. Pe lângă testarea cu impuls dublu, adică pe lângă testarea la nivel de circuit, există testare la nivel de material, testare la nivel de componentă și testare la nivel de sistem. Inovațiile în instrumentele de testare au permis inginerilor de proiectare din toate etapele ciclului de viață să lucreze la dispozitive de conversie a puterii care pot îndeplini cerințe stricte de proiectare în mod rentabil.
Pregătirea de a certifica echipamente ca răspuns la schimbările de reglementare și la noile nevoi tehnologice pentru echipamentele utilizatorilor finali, de la generarea de energie electrică la vehiculele electrice, permite companiilor care lucrează în domeniul electronicii de putere să se concentreze pe inovația cu valoare adăugată și să pună bazele creșterii viitoare.
Data publicării: 27 martie 2023