Test à double impulsion du module d'alimentation SiC/GaN pour les onduleurs EV

Pourquoi les tests de modules de puissance SiC/GaN sont une priorité croissante

Les semi-conducteurs à large bande interdite sont passés d'une option premium à un choix courant dans les onduleurs de traction pour véhicules électriques.. Les inverseurs en carbure de silicium ont tenu moins de 8% de la production mondiale de véhicules électriques en 2021; par 2026, cette part est passée à environ 24%, les analystes du secteur prévoyant que cela pourrait atteindre la majorité de la production de véhicules électriques avant la fin de la décennie. Le nitrure de gallium suit une trajectoire similaire dans les applications à faible consommation, avec de nouvelles architectures de dispositifs combinant GaN avec des conceptions de silicium établies pour augmenter l'efficacité dans les applications d'onduleurs de 100 kW et plus. À mesure que l’adoption évolue, le besoin de validation aussi: les fabricants développent une production de substrats SiC verticalement intégrée pour soutenir la transition, et le test de double impulsion — la méthode standard de l'industrie pour caractériser le comportement de commutation d'un appareil à large bande interdite — est devenu un élément de routine à la fois de la qualification des appareils et de la validation au niveau de l'onduleur plutôt qu'un spécialiste R&Procédure D uniquement. Ce changement est important pour qui a besoin de cette capacité: il ne s’agit plus uniquement de fournisseurs de semi-conducteurs et d’une poignée de grands laboratoires OEM d’électronique de puissance., mais aussi Tier 1 les fournisseurs d'onduleurs et les fabricants de véhicules électriques apportent davantage de conception et de validation d'onduleurs en interne, le SiC devenant une décision courante de nomenclature plutôt qu'une mise à niveau spécialisée..

Ce qui différencie les tests de modules de puissance SiC/GaN des tests d'onduleurs au niveau du système

• Au niveau de l'appareil, pas au niveau du système: ce test caractérise le comportement de commutation de chaque semi-conducteur de puissance de manière isolée, distinct des tests d'onduleur de traction complet qui valident l'onduleur assemblé entraînant un moteur sous charge.
• Événements de commutation à l'échelle de la nanoseconde: les dispositifs à large bande interdite commutent un ordre de grandeur plus rapidement que les IGBT en silicium, la configuration de test nécessite donc une bande passante de mesure et une réponse de la sonde suffisamment rapides pour résoudre les transitions de commutation mesurées en dizaines de nanosecondes..
• Résultats sensibles aux parasites: à ces vitesses de commutation, parasites du circuit (inductance parasite, placement de la sonde, Disposition des circuits imprimés) affecter sensiblement les résultats mesurés, la conception des montages de test est donc elle-même un élément important de l'obtention de données valides.
• Récupération inversée et comportement des diodes corporelles: caractériser la façon dont la diode du corps du dispositif récupère pendant la commutation est essentiel pour prédire les pertes de commutation dans le monde réel, et diffère considérablement entre la physique des dispositifs SiC et GaN.

Éléments de test de base

1. Caractérisation de la commutation à double impulsion

La méthode de test standard pour mesurer le comportement de commutation à l'activation et à la désactivation dans des conditions de courant et de tension contrôlées., utiliser deux impulsions de porte consécutives pour établir un courant de test connu avant de capturer l'événement de commutation.

Indicateurs clés: perte d'énergie à la mise sous/hors tension (Eon/Eoff), dépassement de tension, dépassement actuel, temps de commutation (montée/descente).

2. Caractérisation de la récupération inverse

Mesure le comportement de récupération inverse de la diode corps pendant la commutation, un contributeur clé aux pertes de commutation et à la génération d'interférences électromagnétiques.

Indicateurs clés: frais de recouvrement (Qrr), temps de récupération inverse, courant de récupération inverse de pointe.

3. Caractérisation statique à l’état passant

Valide la résistance à l'état passant et la chute de tension de l'appareil sur sa plage de courant nominal et de température..

Indicateurs clés: sur résistance (Rds(sur)) contre. température, chute de tension de saturation, perte de conduction au courant nominal.

4. Comportement de commande de porte et de seuil

Caractérise la charge de porte, tension de seuil, et les exigences de commande de porte pour valider la compatibilité avec la conception prévue du circuit de commande.

Indicateurs clés: frais d'entrée (Qg), tension de seuil, Exigence de courant de commande de grille sur toute la fréquence de commutation.

5. Impédance thermique et durabilité des cycles de puissance

Mesure l'impédance thermique entre la jonction et le boîtier et effectue des tests de cycle d'alimentation pour valider la durabilité du module sous des contraintes thermiques répétées dues aux opérations de commutation..

Indicateurs clés: impédance thermique (jonction-à-boîtier), cycles jusqu'à la défaillance sous des variations de température définies, tendance à la dégradation de la résistance à travers le cyclisme.

6. Perte de commutation haute fréquence dans l’enveloppe opérationnelle

Étend la caractérisation à double impulsion sur toute la tension, actuel, et la plage de température que l'appareil verra en fonctionnement réel de l'onduleur, créer une carte complète des pertes de commutation pour la modélisation de l'efficacité au niveau du système.

Indicateurs clés: carte de perte de commutation sur la grille tension/courant/température, précision des prévisions d'efficacité lorsqu'elles sont intégrées aux modèles au niveau du système.

Ce que cela signifie pour la sélection des bancs d'essai

Les tests des modules d'alimentation SiC/GaN nécessitent une configuration de test dédiée à double impulsion avec des sondes de tension et de courant à large bande passante, appareils de test à faible inductance, et un système d'acquisition de données capable de résoudre des événements de commutation à l'échelle nanoseconde — capacité distincte de, et complémentaire à, un banc d'essai d'onduleur de traction au niveau du système. Alors que l’adoption de la large bande passante augmente vers une part plus importante de la production de véhicules électriques, les fournisseurs et les niveaux 1 qui intègrent des dispositifs SiC ou GaN dans leurs propres conceptions d'onduleurs ont de plus en plus besoin de cette caractérisation au niveau du dispositif en interne plutôt que de s'appuyer entièrement sur les fiches techniques des fournisseurs de semi-conducteurs.. Parce que les parasites des luminaires affectent directement les résultats mesurés, il vaut également la peine de valider la configuration de test elle-même par rapport à un appareil de référence connu avant de se fier aux données comparatives de différents fournisseurs de SiC ou de GaN.. Si vous développez des capacités de caractérisation de modules de puissance parallèlement à vos programmes de test d'onduleur et de moteur, parlez à notre équipe d’ingénieurs à propos des configurations de test à double impulsion pour la validation des appareils à large bande interdite.