La tecnolog\u00eda igbt de carburo de silicio es muy prometedora para transformar los sistemas de energ\u00eda aumentando la eficiencia, la fiabilidad y el tama\u00f1o. El material de banda prohibida ancha disipa el calor de forma mucho m\u00e1s eficaz y funciona con fiabilidad a temperaturas m\u00e1s elevadas, adem\u00e1s de ser capaz de soportar tensiones m\u00e1s altas y ofrecer fiabilidad a temperaturas m\u00e1s elevadas.<\/p>\n
Se ide\u00f3 y utiliz\u00f3 un sistema experimental para medir los tiempos de retardo de encendido y apagado de los interruptores de potencia h\u00edbridos Si-IGBT en condiciones de carga RL, y los resultados indican menores p\u00e9rdidas de energ\u00eda en los tiempos de conmutaci\u00f3n.<\/p>\n
Los semiconductores de carburo de silicio han encontrado una amplia aplicaci\u00f3n en dispositivos electr\u00f3nicos. Entre ellos destacan los MOSFET de potencia de carburo de silicio, a menudo denominados MOSFET o FET de SiC. Ofrecen importantes ventajas en cuanto a rendimiento energ\u00e9tico respecto a sus hom\u00f3logos de silicio.<\/p>\n
La principal ventaja del carburo de silicio sobre el silicio es su mayor intensidad de campo el\u00e9ctrico de ruptura, lo que permite que los MOSFET fabricados con este material tengan menor resistencia en estado encendido que sus hom\u00f3logos de silicio, lo que se traduce en menores p\u00e9rdidas de conmutaci\u00f3n, especialmente beneficiosas en dise\u00f1os de circuitos electr\u00f3nicos como los convertidores de tensi\u00f3n.<\/p>\n
Otra ventaja es que los MOSFET de carburo de silicio pueden fabricarse para funcionar a temperaturas m\u00e1s elevadas que sus hom\u00f3logos de silicio, lo que permite mayores densidades de corriente, as\u00ed como velocidades de conexi\u00f3n y desconexi\u00f3n m\u00e1s r\u00e1pidas, que reducen las p\u00e9rdidas de conmutaci\u00f3n y pueden reducirlas a\u00fan m\u00e1s.<\/p>\n
Los dispositivos de potencia de carburo de silicio tienen una amplia aplicaci\u00f3n en los accionamientos de motores el\u00e9ctricos. Los MOSFET de carburo de silicio pueden mejorar dr\u00e1sticamente el rendimiento reduciendo las p\u00e9rdidas de conmutaci\u00f3n y aumentando la eficiencia, una de las aplicaciones clave de los MOSFET de carburo de silicio.<\/p>\n
A medida que aumenta la demanda de dispositivos electromec\u00e1nicos como interruptores, solenoides y codificadores en campos como la fabricaci\u00f3n avanzada y los veh\u00edculos el\u00e9ctricos, tambi\u00e9n lo hace su necesidad de convertir se\u00f1ales digitales en acciones f\u00edsicas. La conversi\u00f3n de potencia desempe\u00f1a aqu\u00ed un papel fundamental y los avances en electr\u00f3nica de potencia pueden tener profundos efectos en la eficiencia, controlabilidad y rendimiento de estos dispositivos.<\/p>\n
Un gran avance en la innovaci\u00f3n de la conversi\u00f3n de potencia es el uso de MOSFET de carburo de silicio (SiC MOSFET) en lugar de IGBT de silicio (Si IGBT), lo que puede suponer un aumento significativo de su rendimiento al permitir mayores velocidades y un mayor control.<\/p>\n
Semikron Danfoss ha desarrollado una selecci\u00f3n de m\u00f3dulos de sustituci\u00f3n de carburo de silicio IGBT con carcasas est\u00e1ndar del sector y tecnolog\u00edas de embalaje avanzadas, para aprovechar al m\u00e1ximo las ventajas que ofrecen estos dispositivos. Uno de estos m\u00f3dulos IGBT, la serie CIPOS Maxi IPM IM828 basada en MOSFET CoolSiC, es un encapsulado TO-247 est\u00e1ndar que incorpora un controlador de puerta SOI de 6 canales optimizado y seis MOSFET CoolSiC en un encapsulado TO-247 para crear una inductancia de conmutaci\u00f3n de m\u00f3dulo baja que permite aprovechar al m\u00e1ximo las ventajas de la reducci\u00f3n de la resistencia en estado encendido y las p\u00e9rdidas por conmutaci\u00f3n.<\/p>\n
El carburo de silicio es muy superior al silicio en t\u00e9rminos de eficiencia de conversi\u00f3n de potencia. Esto se debe al hecho de que disipa mucho mejor el calor y puede soportar tensiones m\u00e1s altas que los componentes tradicionales de silicio, lo que resulta ideal para aplicaciones de potencia de alto rendimiento como la tracci\u00f3n ferroviaria. Adem\u00e1s, la mayor durabilidad del carburo de silicio lo hace id\u00f3neo para sistemas de alta tensi\u00f3n como la tracci\u00f3n ferroviaria.<\/p>\n
El carburo de silicio no s\u00f3lo aumenta la eficiencia, sino que tambi\u00e9n ofrece ventajas adicionales. Entre ellas se incluyen menores p\u00e9rdidas de conmutaci\u00f3n, componentes de filtro magn\u00e9tico m\u00e1s peque\u00f1os y mayor fiabilidad, lo que ayuda a los dise\u00f1adores a reducir el tama\u00f1o y el peso del sistema, as\u00ed como los costes de mantenimiento y funcionamiento. Adem\u00e1s, la alta densidad de potencia del carburo de silicio es perfecta para sistemas de alimentaci\u00f3n de media tensi\u00f3n, lo que reduce a\u00fan m\u00e1s las necesidades de espacio y los costes.<\/p>\n
Los MOSFET de SiC son ideales para topolog\u00edas de conmutaci\u00f3n dura y resonante, y pueden controlarse igual que los IGBT o los MOSFET de potencia est\u00e1ndar con controladores f\u00e1ciles de usar. Adem\u00e1s, esta tecnolog\u00eda ofrece la m\u00e1xima eficiencia a frecuencias de conmutaci\u00f3n que permiten reducir el tama\u00f1o del sistema y aumentar la densidad de potencia.<\/p>\n
Los IGBT de carburo de silicio pueden optimizarse seleccionando un circuito de accionamiento de puerta adecuado que minimice los efectos par\u00e1sitos durante las operaciones de encendido\/apagado y las p\u00e9rdidas de potencia asociadas a la propia conmutaci\u00f3n; tambi\u00e9n son importantes factores como la inductancia de dispersi\u00f3n de los accionamientos de puerta, as\u00ed como las p\u00e9rdidas de potencia asociadas a los interruptores, ya que estos factores podr\u00edan cambiar dr\u00e1sticamente el rendimiento del dispositivo.<\/p>\n
Los MOSFET de carburo de silicio (SiC) proporcionan una resistencia a la ruptura cr\u00edtica superior, una frecuencia de conmutaci\u00f3n m\u00e1s alta y una p\u00e9rdida de conmutaci\u00f3n reducida que sus hom\u00f3logos IGBT. Adem\u00e1s, estos dispositivos m\u00e1s robustos funcionan a temperaturas m\u00e1s bajas para reducir el tama\u00f1o, el peso y los costes del sistema, adem\u00e1s de ser m\u00e1s rentables debido a su funcionamiento a temperaturas m\u00e1s bajas y a su mayor robustez frente a los eventos transitorios habituales en los sistemas de alimentaci\u00f3n de media tensi\u00f3n.<\/p>\n
Los m\u00f3dulos de potencia Gen3 3300 V Bare Die SiC MOSFET de Wolfspeed est\u00e1n dise\u00f1ados espec\u00edficamente para cumplir estas estrictas normas, y ofrecen un rendimiento superior tanto a nivel de chip como de m\u00f3dulo. Su baja inductancia de conmutaci\u00f3n los hace adecuados incluso para las aplicaciones de convertidores de potencia m\u00e1s exigentes que se encuentran en trenes y tranv\u00edas, adem\u00e1s de proporcionar optimizaciones de embalaje dise\u00f1adas para minimizar la resistencia t\u00e9rmica entre el chip y el disipador de calor, aumentando as\u00ed las densidades de densidad de potencia a la vez que se optimiza la eficiencia del sistema.<\/p>\n
El carburo de silicio (SiC) es un material semiconductor avanzado que se utiliza para fabricar dispositivos de potencia. Los dispositivos de SiC pueden encontrarse en diversas aplicaciones, desde inversores y motores hasta el suministro de energ\u00eda en la red el\u00e9ctrica. Los chips de SiC ofrecen tiempos de conmutaci\u00f3n superiores a los de los dispositivos tradicionales de silicio, lo que los hace id\u00f3neos para aplicaciones de conversi\u00f3n de potencia, como la conmutaci\u00f3n m\u00e1s r\u00e1pida durante los procesos de conversi\u00f3n de energ\u00eda.<\/p>\n
Los dispositivos de potencia de SiC pueden manejar corrientes m\u00e1s altas que los MOSFET de silicio al tiempo que se integran en encapsulados m\u00e1s peque\u00f1os, adem\u00e1s de ser m\u00e1s duraderos, resistentes a altas temperaturas y poseer p\u00e9rdidas de conmutaci\u00f3n mucho menores que sus hom\u00f3logos de silicio.<\/p>\n
Los dispositivos de potencia de SiC ofrecen muchas ventajas que los hacen ideales para aplicaciones que van desde los inversores de CA conectados a la red y los sistemas de prueba de impulsos monof\u00e1sicos (SPT) hasta los inversores trif\u00e1sicos y los IGBT de sustituci\u00f3n en convertidores de potencia existentes, incluida la reducci\u00f3n de las p\u00e9rdidas de potencia y la mejora de la fiabilidad.<\/p>\n
En este experimento, se compararon tres m\u00f3dulos de potencia SiC-IGBT con m\u00f3dulos de potencia IGBT tradicionales para comparar su rendimiento. Los resultados de la comparaci\u00f3n demostraron que los m\u00f3dulos SiC-IGBT presentaban p\u00e9rdidas de conmutaci\u00f3n significativamente menores y una mayor eficiencia, as\u00ed como un menor tiempo de retardo al encendido y un menor sobreimpulso negativo que los IGBT.<\/p>\n
Los m\u00f3dulos de potencia SiC-IGBT se sometieron a pruebas de carga con resistencias de 42 ohmios (RL = 42 ohmios, L = 290uH), que incluyeron mediciones de la duraci\u00f3n del giro (tiempo de subida y de bajada), de la corriente de rebasamiento y de la tensi\u00f3n, as\u00ed como de la resistencia de colector a emisor Rceon, que se midi\u00f3 utilizando un osciloscopio multifunci\u00f3n port\u00e1til de MICsig, mientras que la tensi\u00f3n de puerta a emisor y su tensi\u00f3n de rebasamiento se obtuvieron mediante pinzas amperim\u00e9tricas Hantek.<\/p>\n
Los dispositivos de potencia SiC-IGBT utilizados en este experimento ten\u00edan tiempos de subida inferiores a 261 nanosegundos y tiempos de bajada de unos 617 nanosegundos, junto con bajos niveles de corriente de sobreimpulso y peque\u00f1as p\u00e9rdidas negativas de sobreimpulso que reduc\u00edan las p\u00e9rdidas de conmutaci\u00f3n en general. Adem\u00e1s, los m\u00f3dulos SiC-IGBT demostraron ser m\u00e1s eficientes energ\u00e9ticamente que los IGBT cuando funcionaban con cargas RL, debido a las menores resistencias y corrientes entre la puerta y el emisor que sus hom\u00f3logos IGBT.<\/p>\n
Los transistores de carburo de silicio ofrecen claras ventajas sobre sus hom\u00f3logos de silicio debido a sus propiedades de banda prohibida m\u00e1s amplia. Los transistores de SiC pueden conmutar a frecuencias mucho m\u00e1s altas con una p\u00e9rdida de conmutaci\u00f3n reducida para un dise\u00f1o de circuito energ\u00e9ticamente eficiente con una menor disipaci\u00f3n de calor y un mejor rendimiento t\u00e9rmico, lo que permite dise\u00f1os de circuitos m\u00e1s peque\u00f1os con un mayor ahorro de energ\u00eda y un mejor rendimiento t\u00e9rmico.<\/p>\n
Esto permite utilizar una mayor capacitancia de puerta, aumentando la densidad de potencia. Adem\u00e1s, los tiempos de conexi\u00f3n\/desconexi\u00f3n m\u00e1s r\u00e1pidos reducen las p\u00e9rdidas, mejorando a\u00fan m\u00e1s la eficiencia al disminuir la resistencia colector-emisor (Rceon).<\/p>\n
El SiC-IGBT de canal p tambi\u00e9n es ideal para topolog\u00edas de conmutaci\u00f3n dura y resonante, como LLC y ZVS, que requieren altas capacidades de voltaje de bloqueo, con controladores existentes que lo conducen f\u00e1cilmente y altas frecuencias de conmutaci\u00f3n que se manejan con facilidad, lo que resulta en componentes perif\u00e9ricos m\u00e1s peque\u00f1os, mayor densidad de potencia y fiabilidad mejorada.<\/p>\n
Para demostrar la superioridad de los SiC-IGBT, se compararon con dispositivos de silicio convencionales en un sistema basado en AGPU. Se realizaron experimentos monof\u00e1sicos y trif\u00e1sicos para examinar su rendimiento operativo.<\/p>\n
Durante este experimento, se observ\u00f3 que los SiC-IGBT mostraban un sobreimpulso negativo significativamente menor que sus hom\u00f3logos de silicio, junto con un tiempo de conmutaci\u00f3n puerta-emisor m\u00e1s corto con sobreimpulso y timbre reducidos; y menores p\u00e9rdidas de potencia de conducci\u00f3n.<\/p>\n
Estas caracter\u00edsticas hacen del SiC-IGBT un excelente sustituto de los dispositivos de silicio en los actuales sistemas de alimentaci\u00f3n basados en AGPU, aunque sus limitaciones f\u00edsicas podr\u00edan limitar todo su potencial en esta aplicaci\u00f3n.<\/p>\n
Los dispositivos del futuro deber\u00e1n ofrecer mayor rendimiento y eficiencia, aunque los actuales ya presumen de altos niveles de ambas caracter\u00edsticas. Las aplicaciones actuales de esta tecnolog\u00eda incluyen la carga de bater\u00edas para veh\u00edculos el\u00e9ctricos, la conversi\u00f3n de energ\u00eda solar en corriente continua y la optimizaci\u00f3n de la eficiencia energ\u00e9tica de servidores. Esto se consigue utilizando procesos de fabricaci\u00f3n avanzados que crean MOSFET de SiC con baja paras\u00edtica, al tiempo que ofrecen caracter\u00edsticas como alta capacidad de corriente, baja resistencia de encendido y alta corriente de accionamiento de puerta; lo que permite mejorar la densidad de potencia con menores costes globales del sistema.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
La tecnolog\u00eda igbt de carburo de silicio es muy prometedora para transformar los sistemas de energ\u00eda aumentando la eficiencia, la fiabilidad y el tama\u00f1o. El material de banda prohibida ancha disipa el calor de forma mucho m\u00e1s eficaz y funciona de forma fiable a temperaturas m\u00e1s elevadas, adem\u00e1s de ser capaz de soportar voltajes m\u00e1s altos y ofrecer fiabilidad a temperaturas m\u00e1s elevadas. Se ide\u00f3 y utiliz\u00f3 un sistema experimental ...<\/p>\n