Wide Bandgap (WBG) e Double Pulse Test (DPT)

Wide Bandgap (WBG). 

I materiali a bandgap ampio (Wide Bandgap, WBG) sono semiconduttori con una banda proibita più ampia rispetto ai semiconduttori tradizionali come il silicio (Si). I principali materiali WBG sono il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di gallio (GaN). Questi materiali presentano caratteristiche superiori per applicazioni elettroniche di potenza:

1. Caratteristiche dei materiali WBG:
   • Alta tensione di breakdown: Capacità di sopportare alte tensioni.
   • Alta efficienza: Minore perdita di energia durante la commutazione.
   • Alta velocità di commutazione: Tempi di commutazione molto ridotti rispetto ai dispositivi al silicio.
   • Elevata temperatura operativa: Possono operare a temperature superiori senza degradare le prestazioni.
2. Applicazioni:
   • Convertitori DC-DC e AC-DC.
   • Inverter per motori elettrici e fotovoltaico.
   • Applicazioni RF e telecomunicazioni.
   • Sistemi automobilistici ed industriali.

Double Pulse Test (DPT)

Il Double Pulse Test è una tecnica utilizzata per caratterizzare i parametri di commutazione dei dispositivi elettronici di potenza (come MOSFET, IGBT o WBG come SiC e GaN). Fornisce informazioni sulla velocità di commutazione, sulle perdite di commutazione e sul comportamento del dispositivo durante transitori di corrente e tensione.
 

Scopo del Double Pulse Test

• Misurare le perdite di commutazione (conduzione e spegnimento).
• Studiare i fenomeni di ringing e sovratensioni.
• Valutare il comportamento del dispositivo alle alte velocità di commutazione.

Configurazione di un Double Pulse Test

Un sistema tipico per il Double Pulse Test include:

1. Dispositivo sotto test (DUT): MOSFET, IGBT o dispositivo WBG.
2. Induttore di carico: Genera il transitorio di corrente desiderato.
3. Driver di gate: Per controllare il dispositivo.
4. Sorgente di alimentazione: Fornisce tensione al circuito.
5. Strumenti di misura:
   • Oscilloscopio (ad alta velocità).
   • Sonde differenziali e di corrente.

Procedura del Double Pulse Test

1. Preparazione del circuito:
   • Collegare l'induttore di carico in serie al dispositivo.
   • Assicurarsi che il circuito sia progettato per minimizzare l'induttanza parassita.
2. Configurazione delle due sequenze di impulsi:
   • Primo impulso: Conduce corrente attraverso l'induttore per caricarlo.
   • Secondo impulso: Simula le condizioni di spegnimento e accensione successive.

   I parametri chiave sono:

   • Durata del primo impulso (t₁): Determina il livello di corrente.
   • Tempo di pausa (t₂): Permette la valutazione delle condizioni di spegnimento.
   • Durata del secondo impulso (t₃): Analizza la commutazione all'accensione.

3. Esecuzione del test:

   • Applicare la sequenza di impulsi al dispositivo.
   • Misurare le forme d'onda di corrente e tensione durante la commutazione.

4. Analisi dei dati:

   • Calcolare le perdite di accensione (E_on) e spegnimento (E_off).
   • Analizzare eventuali sovratensioni e ringing.
   • Identificare le problematiche relative al design del driver o del layout.

Best Practice per il Double Pulse Test

1. Minimizzare l'induttanza parassita: Usa un layout PCB ottimizzato.
2. Utilizzare strumenti di misura adeguati: Sonde con alte frequenze di banda.
3. Isolamento: Garantire un isolamento appropriato per sicurezza.
4. Analisi termica: Monitorare la temperatura del dispositivo.

Con il Double Pulse Test, è possibile ottimizzare i dispositivi e i circuiti per applicazioni critiche, garantendo prestazioni elevate e riducendo le perdite.