Tretja generacija polprevodnikov, ki jo predstavljata galijev nitrid (GaN) in silicijev karbid (SiC), se je zaradi svojih odličnih lastnosti hitro razvila. Vendar pa natančno merjenje parametrov in značilnosti teh naprav, da bi izkoristili njihov potencial ter optimizirali njihovo učinkovitost in zanesljivost, zahteva visoko natančno merilno opremo in profesionalne metode.
Nova generacija materialov s širokopasovno vrzeljo (WBG), ki jo predstavljata silicijev karbid (SiC) in galijev nitrid (GaN), se vse bolj uporablja. Električno so te snovi bližje izolatorjem kot silicij in drugi tipični polprevodniški materiali. Te snovi so zasnovane tako, da premagajo omejitve silicija, ker je material z ozkopasovno vrzeljo in zato povzroča slabo uhajanje električne prevodnosti, ki postane bolj izrazito z naraščanjem temperature, napetosti ali frekvence. Logična meja tega uhajanja je nenadzorovana prevodnost, ki je enakovredna okvari delovanja polprevodnika.
Od teh dveh materialov s široko pasovno vrzeljo je GaN primeren predvsem za sheme implementacije nizke in srednje moči, okoli 1 kV in pod 100 A. Pomembno področje rasti za GaN je njegova uporaba v LED razsvetljavi, vendar se širi tudi v drugih nizkoenergijskih aplikacijah, kot so avtomobilska industrija in radiofrekvenčne komunikacije. Nasprotno pa so tehnologije, ki obkrožajo SiC, bolje razvite kot GaN in so bolj primerne za aplikacije z večjo močjo, kot so vlečni razsmerniki električnih vozil, prenos energije, velika oprema za ogrevanje, prezračevanje in klimatizacijo ter industrijski sistemi.
Naprave SiC lahko delujejo pri višjih napetostih, višjih preklopnih frekvencah in višjih temperaturah kot Si MOSFET-i. V teh pogojih ima SiC večjo zmogljivost, učinkovitost, gostoto moči in zanesljivost. Te prednosti pomagajo oblikovalcem zmanjšati velikost, težo in stroške pretvornikov moči, da bi bili bolj konkurenčni, zlasti v donosnih tržnih segmentih, kot so letalstvo, vojska in električna vozila.
SiC MOSFET-i igrajo ključno vlogo pri razvoju naprav za pretvorbo moči naslednje generacije zaradi svoje sposobnosti doseganja večje energetske učinkovitosti pri zasnovah, ki temeljijo na manjših komponentah. Ta sprememba od inženirjev zahteva tudi ponovni pregled nekaterih tehnik načrtovanja in testiranja, ki se tradicionalno uporabljajo za izdelavo močnostne elektronike.
Povpraševanje po strogem testiranju narašča
Za popolno izkoriščanje potenciala naprav SiC in GaN so med preklopnim delovanjem potrebne natančne meritve za optimizacijo učinkovitosti in zanesljivosti. Postopki testiranja polprevodniških naprav SiC in GaN morajo upoštevati višje delovne frekvence in napetosti teh naprav.
Razvoj orodij za testiranje in merjenje, kot so generatorji poljubnih funkcij (AFG), osciloskopi, instrumenti za merjenje vira (SMU) in analizatorji parametrov, pomaga inženirjem za načrtovanje energetske opreme hitreje doseči močnejše rezultate. Ta nadgradnja opreme jim pomaga pri soočanju z vsakodnevnimi izzivi. »Zmanjšanje izgub pri preklopu ostaja velik izziv za inženirje energetske opreme,« je dejal Jonathan Tucker, vodja trženja napajalnikov pri Teck/Gishili. Te zasnove je treba natančno izmeriti, da se zagotovi doslednost. Ena ključnih merilnih tehnik se imenuje dvojni impulzni test (DPT), ki je standardna metoda za merjenje preklopnih parametrov MOSFET-ov ali IGBT-jev.
Nastavitev za izvajanje dvojnega pulznega testiranja polprevodnikov SiC vključuje: funkcijski generator za krmiljenje MOSFET mreže; osciloskop in programsko opremo za analizo za merjenje VDS in ID. Poleg dvojnega pulznega testiranja, torej poleg testiranja na ravni vezja, obstajajo tudi testiranja na ravni materiala, testiranja na ravni komponent in testiranja na ravni sistema. Inovacije v testnih orodjih so inženirjem načrtovanja v vseh fazah življenjskega cikla omogočile delo na napravah za pretvorbo moči, ki lahko stroškovno učinkovito izpolnjujejo stroge zahteve glede načrtovanja.
Pripravljenost na certificiranje opreme kot odziv na regulativne spremembe in nove tehnološke potrebe za opremo končnih uporabnikov, od proizvodnje energije do električnih vozil, omogoča podjetjem, ki delajo na področju močnostne elektronike, da se osredotočijo na inovacije z dodano vrednostjo in postavijo temelje za prihodnjo rast.
Čas objave: 27. marec 2023