Thử nghiệm xung kép mô-đun nguồn SiC/GaN cho bộ biến tần EV

Tại sao thử nghiệm mô-đun nguồn SiC/GaN lại là ưu tiên ngày càng tăng

Chất bán dẫn có dải rộng đã chuyển từ một tùy chọn cao cấp sang lựa chọn phổ biến trong bộ biến tần lực kéo EV. Bộ biến tần cacbua silic được tổ chức ít hơn 8% sản lượng xe điện toàn cầu ở 2021; qua 2026, chia sẻ đó đã tăng lên khoảng 24%, với các nhà phân tích trong ngành dự đoán nó có thể chiếm phần lớn sản lượng xe điện trước cuối thập kỷ này. Gallium nitride đang đi theo quỹ đạo tương tự trong các ứng dụng tiêu thụ điện năng thấp hơn, với kiến ​​trúc thiết bị mới kết hợp GaN với các thiết kế silicon đã được thiết lập để nâng cao hiệu suất trong các ứng dụng biến tần 100kW+. Khi quy mô áp dụng, nhu cầu xác nhận cũng vậy: các nhà sản xuất đang xây dựng cơ sở sản xuất chất nền SiC tích hợp theo chiều dọc để hỗ trợ quá trình chuyển đổi, và kiểm tra xung đôi — phương pháp tiêu chuẩn công nghiệp để mô tả hành vi chuyển mạch của thiết bị băng thông rộng — đã trở thành một phần thông thường của cả việc xác nhận chất lượng thiết bị và xác nhận mức biến tần thay vì R chuyên môn.&Thủ tục chỉ D. Sự thay đổi đó quan trọng đối với những ai cần khả năng này: nó không còn chỉ là các nhà cung cấp chất bán dẫn và một số phòng thí nghiệm điện tử công suất OEM lớn, nhưng cũng có cấp 1 các nhà cung cấp biến tần và nhà sản xuất EV mang lại nhiều thiết kế và xác nhận biến tần nội bộ hơn khi SiC trở thành quyết định về hóa đơn vật liệu chủ đạo thay vì nâng cấp đặc biệt.

Điều gì khiến việc thử nghiệm mô-đun nguồn SiC/GaN khác với thử nghiệm biến tần cấp hệ thống

• Cấp thiết bị, không phải cấp hệ thống: thử nghiệm này mô tả hành vi chuyển mạch của chất bán dẫn điện riêng lẻ, khác biệt với thử nghiệm biến tần kéo hoàn toàn nhằm xác nhận biến tần đã lắp ráp dẫn động động cơ đang tải.
• Sự kiện chuyển đổi ở quy mô nano giây: các thiết bị có băng thông rộng chuyển đổi một mức độ nhanh hơn so với IGBT silicon, vì vậy thiết lập thử nghiệm cần băng thông đo và phản hồi của đầu dò đủ nhanh để giải quyết các chuyển đổi chuyển mạch được đo bằng hàng chục nano giây.
• Kết quả nhạy cảm với ký sinh trùng: ở những tốc độ chuyển đổi này, mạch ký sinh (độ tự cảm lạc, vị trí thăm dò, bố trí PCB) ảnh hưởng trọng yếu đến kết quả đo được, vì vậy bản thân thiết kế thiết bị kiểm tra là một phần quan trọng để có được dữ liệu hợp lệ.
• Phục hồi ngược và hành vi cơ thể diode: mô tả cách thức diode của thiết bị phục hồi trong quá trình chuyển mạch là trọng tâm để dự đoán tổn thất chuyển mạch trong thế giới thực, và khác biệt có ý nghĩa giữa vật lý thiết bị SiC và GaN.

Mục kiểm tra cốt lõi

1. Đặc tính chuyển mạch xung đôi

Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn để đo hành vi chuyển mạch bật và tắt trong điều kiện dòng điện và điện áp được kiểm soát, sử dụng hai xung cổng liên tiếp để thiết lập dòng thử nghiệm đã biết trước khi ghi lại sự kiện chuyển mạch.

Số liệu chính: mất năng lượng bật/tắt (Eon/Eoff), điện áp vượt mức, vượt quá hiện tại, thời gian chuyển đổi (tăng/giảm).

2. Đặc tính phục hồi ngược

Đo hành vi phục hồi ngược của diode cơ thể trong quá trình chuyển đổi, nhân tố chính góp phần gây ra tổn thất chuyển mạch và tạo ra nhiễu điện từ.

Số liệu chính: phí thu hồi ngược (Qrr), đảo ngược thời gian phục hồi, dòng hồi phục ngược cực đại.

3. Đặc tính trạng thái tĩnh

Xác thực điện trở ở trạng thái bật và sụt áp của thiết bị trên phạm vi nhiệt độ và dòng điện định mức của thiết bị.

Số liệu chính: kháng cự (đường(TRÊN)) vs. nhiệt độ, giảm điện áp bão hòa, tổn hao dẫn điện ở dòng điện định mức.

4. Hành vi cổng và ngưỡng

Đặc điểm phí cổng, điện áp ngưỡng, và các yêu cầu về ổ đĩa cổng để xác nhận khả năng tương thích với thiết kế mạch điều khiển dự định.

Số liệu chính: phí cổng (Qg), điện áp ngưỡng, yêu cầu hiện tại của ổ đĩa cổng trên tần số chuyển đổi.

5. Trở kháng nhiệt và độ bền của xe đạp điện

Đo trở kháng nhiệt giữa các trường hợp và chạy thử nghiệm chu kỳ công suất để xác nhận độ bền của mô-đun dưới áp lực nhiệt lặp đi lặp lại từ hoạt động chuyển mạch.

Số liệu chính: trở kháng nhiệt (nối với trường hợp), chu kỳ thất bại dưới sự thay đổi nhiệt độ xác định, xu hướng suy thoái về sức đề kháng khi đi xe đạp.

6. Suy hao chuyển mạch tần số cao trên đường bao hoạt động

Mở rộng đặc tính xung kép trên toàn bộ điện áp, hiện hành, và phạm vi nhiệt độ mà thiết bị sẽ thấy trong hoạt động biến tần thực tế, xây dựng bản đồ tổn thất chuyển mạch hoàn chỉnh để lập mô hình hiệu quả ở cấp hệ thống.

Số liệu chính: Bản đồ tổn thất chuyển mạch trên lưới điện áp/dòng điện/nhiệt độ, độ chính xác dự đoán hiệu quả khi được đưa vào các mô hình cấp hệ thống.

Điều này có ý nghĩa gì đối với việc lựa chọn băng ghế thử nghiệm

Việc kiểm tra mô-đun nguồn SiC/GaN yêu cầu thiết lập kiểm tra xung kép chuyên dụng với đầu dò dòng điện và điện áp băng thông cao, thiết bị kiểm tra độ tự cảm thấp, và một hệ thống thu thập dữ liệu có khả năng giải quyết các sự kiện chuyển mạch ở quy mô nano giây — khả năng khác biệt với, và bổ sung cho, một băng thử nghiệm biến tần lực kéo cấp hệ thống. Khi việc áp dụng băng thông rộng tăng lên và chiếm tỷ trọng lớn hơn trong sản xuất xe điện, các nhà cung cấp và Cấp 1 đưa thiết bị SiC hoặc GaN vào thiết kế biến tần của riêng họ ngày càng cần nội bộ mô tả đặc tính cấp thiết bị này thay vì dựa hoàn toàn vào bảng dữ liệu của nhà cung cấp chất bán dẫn. Bởi vì sự ký sinh của vật cố định ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả đo được, cũng đáng để xác thực chính thiết lập thử nghiệm dựa trên một thiết bị tham chiếu đã biết trước khi tin cậy vào dữ liệu so sánh giữa các nhà cung cấp SiC hoặc GaN khác nhau. Nếu bạn đang xây dựng khả năng mô tả đặc tính mô-đun nguồn cùng với các chương trình kiểm tra động cơ và biến tần của mình, nói chuyện với đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi về thiết lập kiểm tra xung kép để xác thực thiết bị có dải rộng.