Alvaro Llorente

Semiconductores para energía, una revisión anual

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Los vehículos autónomos se abren caminoEste año ha sido uno de los más emocionantes en el sector de los semiconductores para energía. Los fabricantes de este tipo de componentes de energía han trabajado mucho en la innovación, y el resultado son nuevos estándares, tecnologías y productos. Este artículo, escrito por Mark Patrick, de Mouser Electronics, es una recapitulación de las tendencias más interesantes en tecnología y aplicaciones, así como algunos de los hitos más relevantes en cuanto a productos presentados en Embedded World, APEC, PCIM y en el sector en general, desde el punto de vista del distribuidor.

Aplicaciones en la amplia banda prohibida (brecha energética)

Probablemente, la tendencia tecnológica más sólida de este año ha sido el rápido aumento en la disponibilidad de productos semiconductores de amplia banda prohibida (es la diferencia de energía entre la parte superior de la banda de valencia y la parte inferior de la banda de conducción) basados en materiales de carburo de silicio (SiC) y nitruro de galio (GaN). Los conmutadores fabricados con estos materiales pueden operar a frecuencias de conmutación superiores a los tradicionales transistores de alimentación de silicio. Al sustituir los MOSFET de silicio por los de SiC en una fuente de alimentación conmutada, se logran conmutaciones tres veces más rápidas, o incluso más. Son capaces de soportar también tensiones y temperaturas más altas, y pueden reducir enormemente las pérdidas de energía. En un mundo en el que en casi cualquier aplicación se busca mejorar la eficiencia energética, esta es una característica especialmente atractiva.

Este año, las tecnologías de brecha energética para la banda prohibida han evolucionado desde las primeras introducciones de FET de alimentación en el pasado reciente, hasta la demostración de los productos de banda prohibida amplia en aplicaciones reales. Ha sido un año especialmente brillante en semiconductores para energía por ejemplo, para SiC, con presentaciones de numerosos productos en distintos encuentros sobre energía de todo el mundo.

ST Microelectronics, una de las primeras empresas en producir MOSFET SiC de alta tensión, ofrece ahora una gama completa de dispositivos SiC para vehículos eléctricos. Los SiC resultan particularmente útiles en esta aplicación, ya que su eficiencia significa mayor kilometraje por carga del vehículo, mientras que sus características de tensión pueden soportar fácilmente los 400 V que se emplean actualmente en los trenes de potencia de los vehículos eléctricos. Con SiC, las baterías de los coches eléctricos se cargan más rápido y los sistemas de energía son también más fiables. La gama de ST es lo suficientemente amplia como para que todas las piezas de un módulo de potencia de automoción puedan transformarse en SiC. En cuanto a la producción, ST trabaja actualmente en placas de 4 pulgadas, pero a finales de este año debería dar por concluida la transición a placas de 6 pulgadas. Este cambio reducirá los costes de producción de SiC y posibilitará los grandes volúmenes de producción que demanda el sector de la automoción.

Fairchild lanzó su primer producto SiC en APEC, un diodo con la mejor corriente de fuga del sector.

Fairchild lanzó su primer producto SiC en APEC, un diodo con la mejor corriente de fuga del sector.

Esta primavera, en APEC, Fairchild (ahora parte de ON Semiconductor) lanzó su primer producto SiC, el diodo FFSH40120ADN. Este componente ofrece una corriente de fuga extremadamente reducida y estable que, según Fairchild, es la mejor del sector, gracias a su IP de terminación de bordes patentada. El nuevo diodo SiC es fiable y resistente, ya que se beneficia del proceso SiC avanzado de 6 pulgadas de la empresa para reducir los defectos en el sustrato y la epitaxia, combinado con una pasivación sellada para evitar la entrada de humedad. El FFSH40120ADN se utilizará en dispositivos industriales que exigen la mayor resistencia posible.

Por otro lado, Infineon se centró en los productos SiC en la PCIM de este año, con el lanzamiento de dos nuevos MOSFET SiC de 1200 V para su gama CoolSiC. El vanguardista proceso de semiconductores Trench de la empresa proporciona a estas piezas una RDS(ON) de solo 45 mΩ, por lo que pueden operar con pérdidas dinámicas de un orden de magnitud inferior a los IGBT tradicionales de silicio de 1200 V. Presentan un diodo de cuerpo sólido con casi cero pérdidas de recuperación inversa, por lo que están preparados para topologías de rectificación síncrona, como inversores fotovoltaicos, suministros de alimentación ininterrumpibles y aplicaciones de carga de baterías.

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