Caracterización de la dinámica de interruptores GaN de 600 V bajo condiciones de operación
Autores: Alemanno, Alessio; Santarelli, Alberto; Sangiorgi, Enrico; Florian, Corrado
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Caracterización de la dinámica de interruptores GaN de 600 V bajo condiciones de operación
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Convertidores de potencia
Efectos de atrapamiento de carga
Interruptores GaN de alto voltaje
Degradación
Caracterización.
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Los interruptores de GaN de alto voltaje pueden ofrecer enormes ventajas sobre los equivalentes de silicio para el desarrollo de convertidores de potencia de modo de conmutación de alta eficiencia a alta frecuencia de conmutación. Sin embargo, los dispositivos de GaN son propensos a efectos de atrapamiento de carga que pueden ser particularmente relevantes en el desarrollo en etapas iniciales de nuevas tecnologías. Los mecanismos de atrapamiento de carga son responsables de la degradación de la resistencia ON dinámica con respecto a su valor estático: esta degradación típicamente depende del voltaje de bloqueo, la frecuencia de conmutación y la temperatura, y es responsable de la reducción de la eficiencia del convertidor de potencia. La caracterización de este fenómeno es muy valiosa para el desarrollo de un nuevo proceso para comparar diferentes soluciones tecnológicas o para la evaluación final del rendimiento. Esta caracterización no puede realizarse con medidas estáticas tradicionales o de pequeña señal ya que la degradación es desencadenada por excitaciones dinámicas similares a las de la aplicación del dispositivo. En este documento, proponemos una técnica para la caracterización de la dinámica de los interruptores de GaN de alto voltaje bajo condiciones reales de operación: esta técnica se basa en el diseño de una pierna de conmutación de puente medio en la que el DUT se opera en condiciones que se asemejan a su operación en un convertidor de potencia. Con esta configuración, se realiza la caracterización de la dinámica de un interruptor de GaN de 600 V en función de voltajes de bloqueo variables y frecuencia de conmutación. Además, esta técnica permite la separación de efectos térmicos y de atrapamiento, lo que posibilita la caracterización de la dinámica a diferentes temperaturas.
Descripción
Los interruptores de GaN de alto voltaje pueden ofrecer enormes ventajas sobre los equivalentes de silicio para el desarrollo de convertidores de potencia de modo de conmutación de alta eficiencia a alta frecuencia de conmutación. Sin embargo, los dispositivos de GaN son propensos a efectos de atrapamiento de carga que pueden ser particularmente relevantes en el desarrollo en etapas iniciales de nuevas tecnologías. Los mecanismos de atrapamiento de carga son responsables de la degradación de la resistencia ON dinámica con respecto a su valor estático: esta degradación típicamente depende del voltaje de bloqueo, la frecuencia de conmutación y la temperatura, y es responsable de la reducción de la eficiencia del convertidor de potencia. La caracterización de este fenómeno es muy valiosa para el desarrollo de un nuevo proceso para comparar diferentes soluciones tecnológicas o para la evaluación final del rendimiento. Esta caracterización no puede realizarse con medidas estáticas tradicionales o de pequeña señal ya que la degradación es desencadenada por excitaciones dinámicas similares a las de la aplicación del dispositivo. En este documento, proponemos una técnica para la caracterización de la dinámica de los interruptores de GaN de alto voltaje bajo condiciones reales de operación: esta técnica se basa en el diseño de una pierna de conmutación de puente medio en la que el DUT se opera en condiciones que se asemejan a su operación en un convertidor de potencia. Con esta configuración, se realiza la caracterización de la dinámica de un interruptor de GaN de 600 V en función de voltajes de bloqueo variables y frecuencia de conmutación. Además, esta técnica permite la separación de efectos térmicos y de atrapamiento, lo que posibilita la caracterización de la dinámica a diferentes temperaturas.