Tradicionalmente, el silicio ha sido el material preferido para los semiconductores de potencia, pero recientemente el carburo de silicio (SiC) se ha revelado como un material alternativo que ofrece mejores prestaciones en aplicaciones de alta temperatura y alta tensi\u00f3n.<\/p>\n
Los m\u00f3dulos de potencia de SiC presentan frecuencias de conmutaci\u00f3n m\u00e1s altas con p\u00e9rdidas reducidas para componentes de filtro pasivo m\u00e1s compactos, proporcionando as\u00ed una mayor densidad de potencia en los sistemas a costes reducidos.<\/p>\n
Los semiconductores de potencia de carburo de silicio (SiC) de banda ancha podr\u00edan revolucionar el mercado de los m\u00f3dulos de potencia con velocidades de conmutaci\u00f3n m\u00e1s r\u00e1pidas, menores p\u00e9rdidas y menos interferencias electromagn\u00e9ticas (EMI). Pero para aprovechar al m\u00e1ximo las ventajas de los m\u00f3dulos de SiC es necesario adoptar un enfoque adecuado a la hora de dise\u00f1arlos y ensamblarlos. A continuaci\u00f3n se exponen algunas de las mejores pr\u00e1cticas que pueden ayudar a los desarrolladores a superar cualquier obst\u00e1culo y aprovechar todas sus ventajas.<\/p>\n
Los transistores de potencia de SiC de alta velocidad tienen el potencial de reducir la tensi\u00f3n del sistema hasta en 50% al tiempo que ofrecen un rendimiento arm\u00f3nico superior, lo que permite a los dise\u00f1adores utilizar componentes pasivos m\u00e1s peque\u00f1os y aumentar la densidad de potencia. La inductancia de conmutaci\u00f3n sigue siendo uno de los principales retos asociados a los dispositivos de SiC; para mitigarla, los dise\u00f1adores pueden querer incorporar MOSFET de SiC en paquetes con una inductancia par\u00e1sita m\u00ednima.<\/p>\n
La plataforma de m\u00f3dulos de alimentaci\u00f3n SEMITOP E1\/E2 incorpora las \u00faltimas generaciones de chips en diversas topolog\u00edas, como sixpack, half-bridge y H-bridge. Su distribuci\u00f3n de patillas est\u00e1 optimizada para facilitar el dise\u00f1o de placas de circuito impreso y la conexi\u00f3n en paralelo de varios m\u00f3dulos de alimentaci\u00f3n simult\u00e1neamente, y presenta un coeficiente de temperatura RDS(on) espec\u00edfico extremadamente bajo que permite velocidades de funcionamiento r\u00e1pidas.<\/p>\n
Los m\u00f3dulos de potencia de carburo de silicio son una opci\u00f3n excelente para aplicaciones que requieren una mayor densidad de potencia, fiabilidad y velocidades de conmutaci\u00f3n m\u00e1s r\u00e1pidas. Su amplio rango de temperaturas y su alta eficiencia los convierten en una opci\u00f3n atractiva tanto para accionamientos de motores como para cargadores de bater\u00edas; adem\u00e1s, pueden soportar grandes picos de corriente al tiempo que ofrecen un comportamiento t\u00e9rmico superior en comparaci\u00f3n con los semiconductores de potencia de silicio convencionales, lo que supone un importante ahorro de costes.<\/p>\n
A pesar de sus muchas ventajas, la conmutaci\u00f3n de alta velocidad sigue presentando varios obst\u00e1culos para su adopci\u00f3n generalizada en aplicaciones industriales. Entre ellos se encuentran la dificultad para probar y medir con precisi\u00f3n los interruptores; las par\u00e1sitas de los circuitos, que pueden provocar picos de tensi\u00f3n; el incumplimiento de la normativa sobre interferencias electromagn\u00e9ticas; as\u00ed como la gran complejidad de los requisitos de dise\u00f1o e integraci\u00f3n de las etapas de potencia. Afortunadamente, existen varias pr\u00e1cticas recomendadas que pueden superar estos problemas y liberar todo el potencial de la tecnolog\u00eda SiC en aplicaciones de alta velocidad.<\/p>\n
La plataforma de m\u00f3dulos de potencia LM de Wolfspeed aprovecha las ventajas del carburo de silicio en aplicaciones exigentes de densidad de potencia, como cargadores de veh\u00edculos el\u00e9ctricos y SAI industriales, como su innovador paquete modular de 62 mm que combina semiconductores de conmutaci\u00f3n de SiC con una placa base est\u00e1ndar del sector para producir un funcionamiento a 175 \u00baC de temperatura de uni\u00f3n continua y cuenta con un fiable sustrato de potencia Si3N4 para garantizar la robustez mec\u00e1nica frente a entornos adversos, adem\u00e1s de una placa base de AlSiC con una resistencia t\u00e9rmica de uni\u00f3n a fluido extremadamente baja de 0.15degC\/W por posici\u00f3n del interruptor para un rendimiento m\u00e1ximo de resistencia t\u00e9rmica y durabilidad mec\u00e1nica en condiciones adversas.<\/p>\n
Las transmisiones de tracci\u00f3n representan gran parte de la producci\u00f3n de energ\u00eda de un veh\u00edculo el\u00e9ctrico (VE), por lo que deben funcionar con la m\u00e1xima eficiencia y ocupar el m\u00ednimo espacio para minimizar el peso. Adem\u00e1s, para maximizar la autonom\u00eda deben generar una elevada potencia de salida en espacios reducidos; para ello se necesitan inversores que conviertan la potencia con frecuencias de conmutaci\u00f3n m\u00e1s altas y p\u00e9rdidas reducidas que los IGBT de silicio tradicionales.<\/p>\n
El carburo de silicio de banda ancha (WBG SiC) es el material \u00f3ptimo para alcanzar estos objetivos de rendimiento. En comparaci\u00f3n con los dispositivos de silicio convencionales, los dispositivos de carburo de silicio WBG pueden funcionar a temperaturas y tensiones m\u00e1s elevadas sin incurrir en p\u00e9rdidas de conmutaci\u00f3n como ocurre con los dispositivos de silicio; adem\u00e1s, presenta menores p\u00e9rdidas de conmutaci\u00f3n que el silicio, lo que permite frecuencias de conmutaci\u00f3n m\u00e1s elevadas que, en \u00faltima instancia, aumentan la eficiencia y la densidad de potencia.<\/p>\n
Por ello, los dise\u00f1adores de sistemas de conversi\u00f3n de potencia conf\u00edan cada vez m\u00e1s en los dispositivos de carburo de silicio (SiC). Sus ventajas son enormes; sin embargo, el uso de SiC puede presentar sus propios retos; por ejemplo, sus elevados niveles de temperatura y potencia pueden someter a las juntas de soldadura a tensiones indebidas que reducen considerablemente la capacidad de ciclo de potencia. Vincotech ha respondido creando una innovadora tecnolog\u00eda de soldadura de chips que mitiga estas tensiones para mejorar la capacidad de ciclo de potencia de los m\u00f3dulos de SiC.<\/p>\n
Los m\u00f3dulos de SiC presentan una conductividad t\u00e9rmica superior a la de otros dispositivos, lo que permite a los dise\u00f1adores reducir el tama\u00f1o de los componentes de los filtros pasivos para lograr una mayor densidad de potencia y, al mismo tiempo, disminuir las necesidades de disipaci\u00f3n t\u00e9rmica, reduciendo as\u00ed los costes generales del sistema.<\/p>\n
El SiC tambi\u00e9n puede ayudar a reducir el peso y el tama\u00f1o de los convertidores de potencia gracias a su huella mucho m\u00e1s peque\u00f1a que los dispositivos de silicio tradicionales, lo que ayuda a mejorar la eficiencia y la fiabilidad del sistema al tiempo que reduce el peso y el tama\u00f1o.<\/p>\n
Sea cual sea la aplicaci\u00f3n, los fabricantes de convertidores de potencia deben asegurarse de que sus m\u00f3dulos cumplen los exigentes criterios de rendimiento. Esto incluye alcanzar una alta frecuencia de conmutaci\u00f3n y una baja inductancia de dispersi\u00f3n, elementos esenciales para mantener las r\u00e1pidas velocidades de flanco necesarias para un rendimiento \u00f3ptimo. Afortunadamente, los m\u00f3dulos de potencia de 3,3 kV totalmente de SiC de Wolfspeed cumplen estas estrictas normas gracias a las ventajas de la compartici\u00f3n de corriente y el controlador de puerta l\u00edderes del sector.<\/p>\n
Los semiconductores de potencia de SiC de banda ancha presentan p\u00e9rdidas significativamente reducidas en comparaci\u00f3n con sus hom\u00f3logos de silicio, lo que permite frecuencias de conmutaci\u00f3n m\u00e1s altas y componentes pasivos m\u00e1s peque\u00f1os. Adem\u00e1s, el SiC puede soportar temperaturas extremas sin perder sus prestaciones con el paso del tiempo.<\/p>\n
Estos factores permiten a los dise\u00f1adores construir sistemas de conversi\u00f3n de energ\u00eda m\u00e1s eficientes, compactos y rentables utilizando m\u00f3dulos de SiC. Su construcci\u00f3n ligera y flexible ha permitido ahorrar 20% de peso en los inversores de tracci\u00f3n de los vagones de tren utilizados en el sistema ferroviario japon\u00e9s Shinkansen.<\/p>\n
El material m\u00e1s fino del SiC tambi\u00e9n reduce la inductancia de conmutaci\u00f3n, lo que permite velocidades de conmutaci\u00f3n m\u00e1s r\u00e1pidas que se traducen en componentes de filtro magn\u00e9tico de menor tama\u00f1o y mayor densidad de potencia. Una frecuencia de conmutaci\u00f3n m\u00e1s alta tambi\u00e9n reduce la tensi\u00f3n de ondulaci\u00f3n para bucles de realimentaci\u00f3n m\u00e1s cortos con niveles de EMI reducidos; su p\u00e9rdida de conmutaci\u00f3n reducida reduce a\u00fan m\u00e1s las p\u00e9rdidas de potencia al tiempo que aumenta la estabilidad de la temperatura.<\/p>\n
Wolfspeed ofrece una amplia cartera de m\u00f3dulos de carburo de silicio para satisfacer los requisitos de diversas aplicaciones, incluidos m\u00f3dulos de correcci\u00f3n del factor de potencia CA-CC, m\u00f3dulos CC-CC buck\/boost, m\u00f3dulos CA-CC bidireccionales y m\u00f3dulos CC-CC de alta frecuencia que ayudar\u00e1n a los dise\u00f1adores a aprovechar sus ventajas. La cartera de Wolfspeed tambi\u00e9n incluye dise\u00f1os de referencia y kits de herramientas de evaluaci\u00f3n para ayudar en el proceso de dise\u00f1o.<\/p>\n
El SiC es una opci\u00f3n atractiva, pero para aprovechar todo su potencial energ\u00e9tico es necesario tener en cuenta ciertas propiedades mec\u00e1nicas. Estos retos incluyen el estr\u00e9s t\u00e9rmico, las altas temperaturas de funcionamiento y la capacidad limitada de ciclos de potencia; sin embargo, la tecnolog\u00eda avanzada de fijaci\u00f3n de troqueles de Vincotech ofrece soluciones para superar estas dificultades al aliviar la tensi\u00f3n de las uniones soldadas, el eslab\u00f3n d\u00e9bil de los m\u00f3dulos de potencia de SiC.<\/p>\n
La tecnolog\u00eda de la empresa utiliza una aleaci\u00f3n de soldadura patentada para garantizar que los m\u00f3dulos de potencia puedan soportar tensiones t\u00e9rmicas a largo plazo sin da\u00f1ar las obleas de silicio, aumentando as\u00ed la vida \u00fatil de los ciclos y disminuyendo el riesgo de fallos en las exigentes aplicaciones de fuentes de alimentaci\u00f3n m\u00e9dicas. Adem\u00e1s, esta avanzada tecnolog\u00eda refuerza la uni\u00f3n entre los chips de SiC y los sustratos met\u00e1licos, lo que aumenta a\u00fan m\u00e1s la capacidad de ciclado de los chips de SiC.<\/p>\n
El carburo de silicio (SiC), como material semiconductor de banda prohibida ancha, puede ofrecer numerosas ventajas en aplicaciones de conversi\u00f3n de potencia. Entre ellas se encuentran la mejora de la eficiencia, la reducci\u00f3n de los costes y el menor tama\u00f1o, aunque para aprovechar estas ventajas potenciales es necesario superar varios obst\u00e1culos t\u00e9cnicos de dise\u00f1o.<\/p>\n
Los m\u00f3dulos de potencia de SiC presentan un reto adicional cuando se trata de aumentar su capacidad de ciclos de potencia. Las pruebas de ciclos de potencia simulan situaciones reales que someten a tensi\u00f3n los mecanismos internos y los materiales de los dispositivos. Para realizar estas pruebas, una m\u00e1quina de pruebas de corriente alterna aplica corriente alterna de alto voltaje a los dispositivos, lo que provoca fen\u00f3menos de disipaci\u00f3n que aumentan la temperatura de forma significativa; las temperaturas m\u00e1s altas requieren mayores cantidades de energ\u00eda para que pasen del estado de bloqueo al de conducci\u00f3n.<\/p>\n
El aumento de la energ\u00eda de conmutaci\u00f3n conduce a la producci\u00f3n de calor, lo que acorta la vida \u00fatil del dispositivo y aumenta el riesgo de cortocircuito o rotura por avalancha. En tales condiciones, pueden producirse fallos de SC o ruptura por avalancha, lo que hace que estos dispositivos dejen de funcionar y, en \u00faltima instancia, fallen por completo.<\/p>\n
Las soluciones tradicionales han incluido la adici\u00f3n de componentes adicionales en los circuitos para proteger los dispositivos, pero esto aumenta el coste total y la complejidad de los convertidores de potencia. Por ello, Danfoss ha desarrollado una nueva e innovadora tecnolog\u00eda de uni\u00f3n conocida como Bond Buffer que resuelve eficazmente estos problemas.<\/p>\n
Esta t\u00e9cnica patentada utiliza la uni\u00f3n de hilos de cobre y la uni\u00f3n de matrices sinterizadas para sustituir las soldaduras en los m\u00f3dulos, lo que les permite funcionar a temperaturas de uni\u00f3n m\u00e1ximas m\u00e1s altas sin degradar la corriente, adem\u00e1s de mejorar la fiabilidad y ampliar la capacidad de ciclos de potencia.<\/p>\n
La plataforma de m\u00f3dulos SiC de Vincotech a\u00fana la velocidad y eficiencia de los MOSFET de carburo de silicio con el encapsulado est\u00e1ndar industrial de 62 mm para ofrecer el m\u00e1ximo beneficio al usuario en aplicaciones de baja inductancia como accionamientos de motores industriales, cargadores de veh\u00edculos el\u00e9ctricos o aplicaciones alimentadas por bater\u00edas.<\/p>\n
Los m\u00f3dulos de SiC de Vincotech demostraron una capacidad superior de ciclos de potencia en comparaci\u00f3n con las ofertas de la competencia que utilizan aleaci\u00f3n de soldadura convencional. Esta mejora puede atribuirse a su mayor capacidad para absorber y disipar la energ\u00eda t\u00e9rmica de forma eficiente.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
El silicio ha sido tradicionalmente el material elegido para los semiconductores de potencia, pero recientemente el carburo de silicio (SiC) ha surgido como material alternativo que ofrece mejores prestaciones en aplicaciones de alta temperatura y alta tensi\u00f3n. Los m\u00f3dulos de potencia de SiC presentan frecuencias de conmutaci\u00f3n m\u00e1s altas con p\u00e9rdidas reducidas para componentes de filtro pasivo m\u00e1s compactos, proporcionando as\u00ed una mayor densidad de potencia en sistemas a ...<\/p>\n