Los dispositivos semiconductores de potencia de banda prohibida ancha, como los MOSFET de carburo de silicio, se han convertido en un componente cada vez m\u00e1s popular en los dise\u00f1os de circuitos electr\u00f3nicos, ya que sus prestaciones superiores a las de los semiconductores de potencia convencionales basados en silicio los convierten en soluciones atractivas.<\/p>\n
Los MOSFET constan de tres terminales denominados fuente, drenaje y puerta. La aplicaci\u00f3n de una tensi\u00f3n positiva a la puerta crea un campo el\u00e9ctrico que permite que la corriente fluya entre la fuente y el drenaje para encender el dispositivo.<\/p>\n
Los MOSFET de carburo de silicio presentan una menor resistencia en estado encendido que sus hom\u00f3logos de silicio, lo que permite frecuencias de conmutaci\u00f3n m\u00e1s altas y menores p\u00e9rdidas de conmutaci\u00f3n, lo que se traduce en una mayor eficiencia del sistema en sistemas como la conversi\u00f3n de red o el uso de veh\u00edculos el\u00e9ctricos. La conmutaci\u00f3n a alta velocidad en estos sistemas ayuda a reducir el tama\u00f1o de los elementos magn\u00e9ticos y, a su vez, disminuye el tama\u00f1o, el peso y los costes del sistema.<\/p>\n
El RDS(ON) de un MOSFET mide su flujo de corriente cuando no est\u00e1 conectado o desconectado. Se puede calcular como la inversa de su ca\u00edda de tensi\u00f3n a trav\u00e9s de \u00e9l; o m\u00e1s concretamente RUT = GDS \/ TR.<\/p>\n
Los MOSFET de carburo de silicio poseen todos estos atributos para una baja resistencia en estado encendido, lo que los convierte en la opci\u00f3n ideal para los circuitos electr\u00f3nicos de potencia.<\/p>\n
Los MOSFET de carburo de silicio presentan la ventaja a\u00f1adida de tener resistencias en estado encendido menos susceptibles a las fluctuaciones debidas a la temperatura que sus hom\u00f3logos de silicio, lo que permite rangos de temperatura de funcionamiento m\u00e1s amplios en los sistemas electr\u00f3nicos y elimina la necesidad de complejas soluciones de refrigeraci\u00f3n para mantener los niveles de rendimiento.<\/p>\n
Los MOSFET de SiC presentan una resistencia a la ruptura cr\u00edtica 10 veces superior a la de los dispositivos de silicio normales, lo que permite frecuencias de conmutaci\u00f3n m\u00e1s altas que posibilitan elementos magn\u00e9ticos m\u00e1s peque\u00f1os y una reducci\u00f3n del peso\/coste del sistema.<\/p>\n
El dise\u00f1o de sistemas que utilicen MOSFET de SiC requiere una cuidadosa consideraci\u00f3n para cumplir su frecuencia de conmutaci\u00f3n m\u00e1xima, ya que cualquier incremento puede aumentar el ruido y los anillos del bus de CC, lo que hace necesarios mecanismos m\u00e1s sofisticados de filtrado de EMI y gesti\u00f3n de fallos.<\/p>\n
Los MOSFET de carburo de silicio de ST presentan una gama de tensiones ampliada de 650 V a 2200 V y ofrecen un extraordinario rendimiento de conmutaci\u00f3n y una resistencia de estado activado por \u00e1rea extremadamente baja, lo que permite a los dise\u00f1adores crear sistemas m\u00e1s compactos y eficientes desde el punto de vista energ\u00e9tico. Adem\u00e1s, sus temperaturas nominales de hasta 200 \u00baC los hacen id\u00f3neos para aplicaciones exigentes como cargadores bidireccionales a bordo para veh\u00edculos el\u00e9ctricos\/h\u00edbridos o generaci\u00f3n de energ\u00eda renovable.<\/p>\n
El carburo de silicio (SiC) es un material semiconductor no convencional con potencial para aumentar la eficiencia energ\u00e9tica y ahorrar costes en diversas aplicaciones, desde autom\u00f3viles y electr\u00f3nica de consumo hasta TI. El carburo de silicio puede funcionar a temperaturas m\u00e1s elevadas y, al mismo tiempo, conmutar m\u00e1s r\u00e1pidamente con una resistencia a la conexi\u00f3n considerablemente menor que las alternativas basadas en Si.<\/p>\n
El SiC es un material semiconductor de tipo p, mientras que el silicio tiene una estructura de uni\u00f3n p-n con una capa n muy dopada para formar una barrera de potencial negativo e impedir el paso de electrones (ruptura Zener). Debido al mayor bandgap del SiC, sus diodos pueden tener capas n mucho m\u00e1s finas sin comprometer la intensidad cr\u00edtica del campo el\u00e9ctrico (como indica el tri\u00e1ngulo rojo de la Figura 2). Por lo tanto, los MOSFET con MOSFET de SiC pueden ofrecer menores resistencias en estado encendido y mayores velocidades de conmutaci\u00f3n a niveles de tensi\u00f3n similares.<\/p>\n
Los MOSFET de SiC pueden presumir de densidades de corriente mucho mayores que sus hom\u00f3logos de silicio gracias a un grosor de \u00f3xido de puerta significativamente menor y una mayor longitud de canal, lo que les permite transportar m\u00e1s corriente a menor tensi\u00f3n, lo que a su vez disminuye las p\u00e9rdidas y la disipaci\u00f3n por conmutaci\u00f3n.<\/p>\n
Los MOSFET de SiC tambi\u00e9n se benefician de poder soportar temperaturas m\u00e1s elevadas, lo que les permite mejorar su rendimiento al aumentar la tensi\u00f3n de funcionamiento y disminuir la resistencia en estado encendido, y funcionar a velocidades de conmutaci\u00f3n m\u00e1s r\u00e1pidas, lo que puede resultar ventajoso en aplicaciones como fuentes de alimentaci\u00f3n y convertidores de alta tensi\u00f3n.<\/p>\n
El uso del carburo de silicio en la fabricaci\u00f3n de MOSFET se debe a sus propiedades el\u00e9ctricas superiores a las del silicio, que lo hacen m\u00e1s adecuado para muchos circuitos electr\u00f3nicos modernos. El sustrato de SiC ofrece ventajas significativas en t\u00e9rminos de densidad de potencia por tama\u00f1o de chip, frecuencia de conmutaci\u00f3n y fiabilidad del ciclo de vida.<\/p>\n
Los MOSFET de carburo de silicio pueden permitir frecuencias de conmutaci\u00f3n m\u00e1s altas y, al mismo tiempo, producir mayores densidades de corriente y resistencias de conexi\u00f3n, especialmente cuando se utilizan en topolog\u00edas de conmutaci\u00f3n duras o resonantes como LLC y ZVS. Para ello, se necesitan controladores que generen la tensi\u00f3n de conexi\u00f3n adecuada y proporcionen un control r\u00e1pido y estable similar al de un tiristor. On Semiconductor ha abordado esta cuesti\u00f3n desarrollando un controlador para MOSFET de carburo de silicio de alto voltaje compatible con los controladores IGBT o MOSFET habituales.<\/p>\n
El carburo de silicio ofrece una movilidad de electrones mucho mayor que el silicio, lo que le permite acomodar una mayor corriente en un espacio m\u00e1s corto y, por tanto, ofrecer una menor resistencia a la conexi\u00f3n para aplicaciones de potencia con altas frecuencias de conmutaci\u00f3n. Adem\u00e1s, la banda prohibida m\u00e1s ancha del SiC permite regiones de agotamiento m\u00e1s delgadas que reducen las p\u00e9rdidas de conmutaci\u00f3n, reduciendo a\u00fan m\u00e1s las p\u00e9rdidas de conducci\u00f3n y conmutaci\u00f3n en comparaci\u00f3n con los semiconductores de potencia tradicionales basados en silicio, lo que permite a los dise\u00f1adores crear sistemas m\u00e1s peque\u00f1os sin dejar de cumplir los objetivos de rendimiento y fiabilidad de los dise\u00f1os existentes.<\/p>\n
Los MOSFET de carburo de silicio Gen3 3300 V de Wolfspeed est\u00e1n proporcionando sistemas de conversi\u00f3n de potencia m\u00e1s peque\u00f1os y rentables al reducir significativamente las p\u00e9rdidas y los costes del sistema. Su frecuencia de conmutaci\u00f3n superior a la de sus hom\u00f3logos de silicio permite reducir los componentes inductivos y capacitivos, lo que se traduce en una reducci\u00f3n general del tama\u00f1o del sistema.<\/p>\n
La mejora de la conductividad t\u00e9rmica ayuda a reducir los requisitos de refrigeraci\u00f3n, reduciendo a\u00fan m\u00e1s el peso y el volumen de los equipos. Las frecuencias de conmutaci\u00f3n m\u00e1s altas de nuestros MOSFET de SiC permiten aumentar la densidad energ\u00e9tica y admiten diversas topolog\u00edas de conversi\u00f3n de potencia, como las topolog\u00edas de conversi\u00f3n de potencia LLC y ZVS de conmutaci\u00f3n dura.<\/p>\n
Los MOSFET de carburo de silicio de alto rendimiento aportan m\u00faltiples ventajas a los sistemas de alimentaci\u00f3n ininterrumpida (SAI) industriales, inversores solares fotovoltaicos y estaciones de carga de veh\u00edculos el\u00e9ctricos. Sus reducidas p\u00e9rdidas pueden ahorrar 30% respecto a las soluciones tradicionales de silicio, al tiempo que resultan m\u00e1s fiables y tienen una vida \u00fatil m\u00e1s larga.<\/p>\n
Los MOSFET de SiC se diferencian de los dispositivos de silicio en que pueden soportar temperaturas m\u00e1s elevadas, lo que los hace id\u00f3neos para sistemas de conversi\u00f3n de potencia que funcionan a tensiones elevadas, como inversores de tracci\u00f3n o convertidores CC-CC. Su robustez tambi\u00e9n les permite funcionar con fiabilidad incluso en entornos dif\u00edciles, como altas temperaturas o niveles de humedad.<\/p>\n
Sin embargo, debido a sus elevadas frecuencias de conmutaci\u00f3n y a las r\u00e1pidas transiciones entre los estados de encendido y apagado, la validaci\u00f3n de los dispositivos de alimentaci\u00f3n SiC puede plantear retos \u00fanicos a la hora de medir el rendimiento. Si no se miden correctamente, los dispositivos pueden causar zumbidos espurios debido a las r\u00e1pidas transiciones. En la nueva nota de aplicaci\u00f3n de Tektronix sobre Medici\u00f3n eficaz de se\u00f1ales en dispositivos de alimentaci\u00f3n SiC se ofrecen consejos para mitigar estos efectos mediante el uso de sondas diferenciales como la THDP0200 para garantizar mediciones precisas de la tensi\u00f3n de origen\/drenaje en dispositivos SiC.<\/p>\n
La eficiencia es de suma importancia en la electr\u00f3nica de potencia, sobre todo en los niveles de tensi\u00f3n m\u00e1s altos. Los dise\u00f1os eficientes permiten construir sistemas de menor tama\u00f1o y peso y reducir los costes del sistema, ventajas que, en \u00faltima instancia, se traducen en enormes beneficios para los consumidores finales. Los semiconductores de carburo de silicio (SiC) se encuentran entre los m\u00e1s eficientes del mercado, ya que ofrecen bandas m\u00e1s anchas que el silicio y son m\u00e1s adecuados para su uso a temperaturas, tensiones y frecuencias m\u00e1s elevadas.<\/p>\n
El SiC se distingue por una brecha energ\u00e9tica m\u00e1s amplia que hace posibles velocidades de conmutaci\u00f3n m\u00e1s altas y aumenta significativamente la eficiencia de conversi\u00f3n de potencia. Las menores p\u00e9rdidas de conmutaci\u00f3n tambi\u00e9n se traducen en una menor disipaci\u00f3n de calor en el estado ON del MOSFET, as\u00ed como en transiciones m\u00e1s r\u00e1pidas entre los estados ON y OFF, lo que reduce a\u00fan m\u00e1s las p\u00e9rdidas de potencia al tiempo que mejora la fiabilidad.<\/p>\n
El funcionamiento a alta velocidad permite el uso de MOSFET m\u00e1s peque\u00f1os y con mayor densidad de corriente que pueden empaquetarse juntos en \u00e1reas m\u00e1s grandes para facilitar el embalaje, lo que reduce dr\u00e1sticamente el tama\u00f1o y el coste totales del sistema del convertidor de potencia.<\/p>\n
El SiC es conocido por su mayor movilidad de electrones, lo que le permite superar al silicio a temperaturas similares al ofrecer menores corrientes de accionamiento de puerta, consumo de energ\u00eda y p\u00e9rdidas. Adem\u00e1s, esto tambi\u00e9n reduce el tama\u00f1o de los elementos magn\u00e9ticos, lo que mejora significativamente la eficiencia al tiempo que disminuye el tama\u00f1o y el coste de los componentes.<\/p>\n
La amplia banda prohibida del carburo de silicio permite regiones de agotamiento m\u00e1s finas entre los terminales de fuente y drenaje, lo que se traduce en valores de resistencia de encendido y estabilidad de temperatura m\u00e1s bajos, caracter\u00edsticas ambas que permiten al SiC cumplir los valores RDS(on) de la industria energ\u00e9tica con menores requisitos de tensi\u00f3n de alimentaci\u00f3n.<\/p>\n
Los MOSFET de SiC de 1200 V de primera generaci\u00f3n de Nexperia presentan extensiones de uni\u00f3n poco profundas, capacitancia de fuente y drenaje elevada y una relaci\u00f3n optimizada entre la carga de puerta a drenaje (QGD) y la carga de puerta a fuente (QGS), lo que les confiere un rendimiento superior de inestabilidad de encendido Miller con el mismo RDS(on). Incluso superan a sus hom\u00f3logos de silicio al cubrir una gama de temperaturas m\u00e1s amplia y mantener constantes los valores de RDS(on) en variaciones de temperatura mayores.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Wide bandgap power semiconductor devices such as silicon carbide MOSFETs have become an increasingly popular component in electronic circuit designs, as their superior performance over conventional silicon-based power semiconductors make them attractive solutions. MOSFETs consist of three terminals known as source, drain, and gate. Applying positive voltage to the gate creates an electric field which …<\/p>\n