Testowanie podwójnego impulsu modułu mocy SiC/GaN dla falowników EV

Dlaczego testowanie modułów mocy SiC/GaN staje się coraz większym priorytetem

Półprzewodniki o szerokiej przerwie energetycznej przestały być opcją premium i stały się głównym wyborem w falownikach trakcyjnych pojazdów elektrycznych. Falowniki z węglika krzemu trzymały mniej niż 8% światowej produkcji pojazdów elektrycznych w 2021; przez 2026, udział ten wzrósł do mniej więcej 24%, analitycy branżowi przewidują, że może on dotrzeć do większości produkcji pojazdów elektrycznych przed końcem dekady. Azotek galu podąża podobną trajektorią w zastosowaniach o niższej mocy, z nowymi architekturami urządzeń łączącymi GaN z uznanymi konstrukcjami krzemowymi, aby zwiększyć wydajność w zastosowaniach z falownikami o mocy 100 kW+. W miarę adopcji, podobnie jak potrzeba walidacji: Aby wesprzeć tę transformację, producenci rozwijają pionowo zintegrowaną produkcję substratów SiC, oraz test podwójnego pulsu — standardowa w branży metoda charakteryzowania zachowania przełączania urządzenia o szerokiej przerwie energetycznej — stało się rutynową częścią zarówno kwalifikacji urządzenia, jak i walidacji na poziomie falownika, a nie specjalistycznego R&Procedura tylko D. Ta zmiana ma znaczenie dla tego, kto potrzebuje tej możliwości: nie są to już tylko dostawcy półprzewodników i garść dużych laboratoriów OEM zajmujących się energoelektroniką, ale także poziom 1 dostawcy falowników i producenci pojazdów elektrycznych wnoszą więcej własnych projektów i walidacji falowników we własnym zakresie, ponieważ SiC staje się głównym elementem decyzji w zakresie zestawienia materiałów, a nie specjalistycznym ulepszeniem.

Czym różni się testowanie modułu mocy SiC/GaN od testowania falownika na poziomie systemu?

• Poziom urządzenia, nie na poziomie systemu: badanie to charakteryzuje zachowanie przełączania poszczególnych półprzewodników mocy w izolacji, różni się od testów falownika pełnej trakcji, które sprawdzają zmontowany falownik napędzający silnik pod obciążeniem.
• Zdarzenia przełączające w skali nanosekundowej: Urządzenia o szerokiej przerwie energetycznej przełączają się o rząd wielkości szybciej niż krzemowe IGBT, dlatego konfiguracja testowa wymaga wystarczająco dużej szerokości pasma pomiarowego i reakcji sondy, aby rozwiązać przejścia przełączania mierzone w dziesiątkach nanosekund.
• Wyniki wrażliwe na pasożyty: przy tych prędkościach przełączania, pasożyty obwodów (indukcyjność błądząca, umiejscowienie sondy, Układ PCB) istotny wpływ na zmierzone wyniki, dlatego projekt urządzenia testowego sam w sobie jest istotną częścią uzyskiwania prawidłowych danych.
• Odzyskiwanie zwrotne i zachowanie diody korpusowej: scharakteryzowanie sposobu regeneracji diody korpusu urządzenia podczas komutacji ma kluczowe znaczenie dla przewidywania rzeczywistych strat przełączania, i znacznie różni się fizyką urządzeń SiC i GaN.

Podstawowe elementy testowe

1. Charakterystyka przełączania podwójnego impulsu

Standardowa metoda testowa do pomiaru zachowania przy włączaniu i wyłączaniu w kontrolowanych warunkach prądu i napięcia, użycie dwóch kolejnych impulsów bramki w celu ustalenia znanego prądu testowego przed zarejestrowaniem zdarzenia przełączenia.

Kluczowe wskaźniki: włączenie/wyłączenie straty energii (Eon/Eoff), przekroczenie napięcia, przekroczenie prądu, czas przełączania (wzrost/spadek).

2. Charakterystyka odzyskiwania odwrotnego

Mierzy zachowanie odwróconego powrotu diody do korpusu podczas komutacji, kluczowy czynnik przyczyniający się do strat przełączania i generowania zakłóceń elektromagnetycznych.

Kluczowe wskaźniki: odwrotna opłata za zwrot (Qrr), odwrócony czas odzyskiwania, szczytowy prąd odzyskiwania zwrotnego.

3. Statyczna charakterystyka stanu włączenia

Sprawdza rezystancję w stanie włączenia urządzenia i spadek napięcia w całym zakresie prądu znamionowego i temperatury.

Kluczowe wskaźniki: na oporze (Rd(NA)) vs. temperatura, spadek napięcia nasycenia, utrata przewodzenia przy prądzie znamionowym.

4. Napęd bramy i zachowanie progu

Charakteryzuje ładunek bramki, napięcie progowe, i wymagania dotyczące napędu bramki w celu sprawdzenia zgodności z zamierzonym projektem obwodu sterownika.

Kluczowe wskaźniki: opłata za bramę (Qg), napięcie progowe, Wymagany prąd napędu bramki dla częstotliwości przełączania.

5. Impedancja cieplna i trwałość cyklicznego zasilania

Mierzy impedancję cieplną złącza-obudowy i przeprowadza testy cyklu zasilania, aby sprawdzić trwałość modułu w warunkach powtarzających się naprężeń termicznych podczas operacji przełączania.

Kluczowe wskaźniki: impedancja cieplna (złącze-obudowa), cykli aż do awarii przy określonych wahaniach temperatury, trend degradacji oporu włączenia podczas jazdy na rowerze.

6. Strata przełączania wysokiej częstotliwości w całym zakresie roboczym

Rozszerza charakterystykę podwójnego impulsu na całe napięcie, aktualny, i zakres temperatur, jakie urządzenie będzie widzieć podczas rzeczywistej pracy falownika, zbudowanie kompletnej mapy strat przełączania do modelowania wydajności na poziomie systemu.

Kluczowe wskaźniki: przełączanie mapy strat w sieci napięcia/prądu/temperatury, dokładność przewidywania wydajności po wprowadzeniu do modeli na poziomie systemu.

Co to oznacza dla wyboru stanowiska testowego

Testowanie modułu mocy SiC/GaN wymaga dedykowanej konfiguracji testu podwójnego impulsu z szerokopasmowymi sondami napięcia i prądu, przyrządy pomiarowe o niskiej indukcyjności, oraz system gromadzenia danych zdolny do rozpoznawania zdarzeń przełączania w skali nanosekundowej — możliwości, które różnią się od, i uzupełniające, stanowisko do testowania falowników trakcyjnych na poziomie systemowym. W miarę wzrostu wykorzystania szerokiej przerwy energetycznej w produkcji pojazdów elektrycznych rośnie udział w produkcji pojazdów elektrycznych, dostawcy i producenci Tier 1 wprowadzający urządzenia SiC lub GaN do swoich własnych projektów falowników coraz częściej potrzebują tej charakterystyki na poziomie urządzenia we własnym zakresie, zamiast całkowicie polegać na arkuszach danych dostawców półprzewodników. Ponieważ pasożyty urządzeń bezpośrednio wpływają na wyniki pomiarów, warto także sprawdzić samą konfigurację testową w porównaniu ze znanym urządzeniem referencyjnym, zanim zaufasz danym porównawczym różnych dostawców SiC lub GaN. Jeśli budujesz możliwości charakteryzacji modułu mocy wraz z programami testowania falownika i silnika, porozmawiaj z naszym zespołem inżynierów o konfiguracjach testów z podwójnym impulsem do walidacji urządzeń o szerokiej przerwie energetycznej.