Paano tumpak na sukatin ang mga SiC at GaN device upang magamit ang potensyal, ma-optimize ang kahusayan at pagiging maaasahan

Ang ikatlong henerasyon ng mga semiconductor, na kinakatawan ng gallium nitride (GaN) at silicon carbide (SiC), ay mabilis na naunlad dahil sa kanilang mahusay na mga katangian. Gayunpaman, kung paano tumpak na masukat ang mga parameter at katangian ng mga aparatong ito upang magamit ang kanilang potensyal at ma-optimize ang kanilang kahusayan at pagiging maaasahan ay nangangailangan ng mga kagamitan sa pagsukat na may mataas na katumpakan at mga propesyonal na pamamaraan.

Ang bagong henerasyon ng mga materyales na wide band gap (WBG) na kinakatawan ng silicon carbide (SiC) at gallium nitride (GaN) ay lalong nagiging malawakang ginagamit. Sa elektrikal na aspeto, ang mga sangkap na ito ay mas malapit sa mga insulator kaysa sa silicon at iba pang tipikal na materyales ng semiconductor. Ang mga sangkap na ito ay idinisenyo upang malampasan ang mga limitasyon ng silicon dahil ito ay isang makitid na materyal na band-gap at samakatuwid ay nagdudulot ng mahinang pagtagas ng electrical conductivity, na nagiging mas malinaw habang tumataas ang temperatura, boltahe o dalas. Ang lohikal na limitasyon sa pagtagas na ito ay ang hindi makontrol na conductivity, katumbas ng isang pagkabigo sa pagpapatakbo ng semiconductor.

Sa dalawang materyales na ito na may malapad na band gap, ang GaN ay pangunahing angkop para sa mga implementasyon ng mababa at katamtamang lakas, humigit-kumulang 1 kV at mas mababa sa 100 A. Ang isang mahalagang lugar ng paglago para sa GaN ay ang paggamit nito sa mga ilaw na LED, ngunit lumalago rin sa iba pang mga gamit na mababa ang lakas tulad ng mga komunikasyon sa sasakyan at RF. Sa kabaligtaran, ang mga teknolohiyang nakapalibot sa SiC ay mas mahusay na binuo kaysa sa GaN at mas angkop para sa mga aplikasyon na may mas mataas na lakas tulad ng mga inverter ng traction ng electric vehicle, transmisyon ng kuryente, malalaking kagamitan sa HVAC, at mga sistemang pang-industriya.

Ang mga SiC device ay may kakayahang gumana sa mas mataas na boltahe, mas mataas na switching frequency, at mas mataas na temperatura kaysa sa mga Si MOSFET. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, ang SiC ay may mas mataas na performance, efficiency, power density at reliability. Ang mga bentaheng ito ay nakakatulong sa mga designer na bawasan ang laki, bigat at halaga ng mga power converter upang gawin itong mas mapagkumpitensya, lalo na sa mga kapaki-pakinabang na segment ng merkado tulad ng abyasyon, militar at mga electric vehicle.

Ang mga SiC MOSFET ay gumaganap ng mahalagang papel sa pagbuo ng mga susunod na henerasyon ng mga power conversion device dahil sa kanilang kakayahang makamit ang mas mataas na kahusayan sa enerhiya sa mga disenyo batay sa mas maliliit na bahagi. Ang pagbabagong ito ay nangangailangan din ng mga inhinyero na muling bisitahin ang ilan sa mga pamamaraan ng disenyo at pagsubok na tradisyonal na ginagamit upang lumikha ng mga power electronics.

Lumalaki ang pangangailangan para sa mahigpit na pagsusuri

Upang lubos na mapagtanto ang potensyal ng mga SiC at GaN device, kinakailangan ang mga tumpak na sukat habang isinasagawa ang switching operation upang ma-optimize ang kahusayan at pagiging maaasahan. Ang mga pamamaraan sa pagsubok para sa mga SiC at GaN semiconductor device ay dapat isaalang-alang ang mas mataas na operating frequency at boltahe ng mga device na ito.

Ang pag-unlad ng mga kagamitan sa pagsubok at pagsukat, tulad ng mga arbitrary function generator (AFG), oscilloscope, source measurement unit (SMU) instrument, at parameter analyzer, ay nakakatulong sa mga power design engineer na makamit ang mas malalakas na resulta nang mas mabilis. Ang pag-upgrade na ito ng kagamitan ay nakakatulong sa kanila na makayanan ang mga pang-araw-araw na hamon. "Ang pag-minimize ng mga switching losses ay nananatiling isang malaking hamon para sa mga power equipment engineer," sabi ni Jonathan Tucker, pinuno ng Power Supply Marketing sa Teck/Gishili. Ang mga disenyong ito ay dapat na mahigpit na sukatin upang matiyak ang pagkakapare-pareho. Isa sa mga pangunahing pamamaraan sa pagsukat ay tinatawag na double pulse test (DPT), na siyang karaniwang pamamaraan para sa pagsukat ng mga switching parameter ng mga MOSFET o IGBT power device.

Ang pag-setup para maisagawa ang SiC semiconductor double pulse test ay kinabibilangan ng: function generator para paandarin ang MOSFET grid; Oscilloscope at analysis software para sa pagsukat ng VDS at ID. Bukod sa double-pulse testing, ibig sabihin, bukod pa sa circuit level testing, mayroon ding material level testing, component level testing, at system level testing. Ang mga inobasyon sa mga test tool ay nagbigay-daan sa mga design engineer sa lahat ng yugto ng lifecycle na magtrabaho patungo sa mga power conversion device na maaaring matugunan ang mahigpit na mga kinakailangan sa disenyo nang cost-effective.

Ang pagiging handa na magbigay ng sertipikasyon sa kagamitan bilang tugon sa mga pagbabago sa regulasyon at mga bagong pangangailangang teknolohikal para sa kagamitan ng mga end-user, mula sa pagbuo ng kuryente hanggang sa mga de-kuryenteng sasakyan, ay nagbibigay-daan sa mga kumpanyang nagtatrabaho sa power electronics na magtuon sa inobasyon na may dagdag na halaga at maglatag ng pundasyon para sa paglago sa hinaharap.