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Repercusión de la tecnología SiC y GaN en el desarrollo de los nuevos componentes pasivos

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Según el departamento técnico de AVNET Abacus, los sectores de la conversión de potencia y control de motores se han beneficiado recientemente de diversas innovaciones en tecnología SiC y GaN para procesos de semiconductores.

Estas innovaciones incluyen el desarrollo de materiales con mayor ancho de banda prohibida (WBG), carburo de silicio (SiC) y nitruro de galio (GaN). En comparación con los semiconductores basados en silicio convencionales, un semiconductor WBG cuadruplica la energía requerida, medida en electronvoltios (eV) para un electrón que “atraviesa el hueco” entre las bandas de valencia no conductora y de conducción.

Aunque hay múltiples beneficios asociados al uso de materiales WBG en semiconductores, el más importante consiste en la posibilidad de operar con tensiones muy superiores a las de sus equivalentes de silicio. Además, poseen mejores características térmicas que permiten a los dispositivos WBG rendir con temperaturas más elevadas. Y, por si esto fuera poco, también soportan mayores frecuencias de conmutación, un factor esencial en el diseño de muchos convertidores de potencia de modo conmutado y controladores de puerta de gestión de motor.

Los dispositivos SiC y GaN ya se encuentran disponibles en el mercado y son los responsables de respaldar la próxima generación de aplicaciones de conversión de potencia y control de motor. Aunque comparten muchos beneficios, como encapsulados con un tamaño inferior, existen unas cuantas diferencias en el tipo de uso al que se dirigen.

Los transistores SiC WBG tienen mayor capacidad de tensión, típica de 1200 V y más, y son IGBT fáciles de sustituir en controles de motor industrial, convertidores DC/DC e inversores fotovoltaicos. Sus pérdidas de conmutación son menores que las de dispositivos de silicio y pueden conmutar frecuencias superiores, aunque no tan altas como con GaN. Dado que las pérdidas de conmutación son mínimas, los modelos SiC resultan de gran ayuda en un proceso de conversión de energía eficiente, generando así menos desperdicio de calor.

En comparación con SiC, GaN ha tardado un poco más en ganar terreno en el mercado. Así, está progresando no sólo en soluciones de conversión de potencia y control de motor, sino también en otros sectores de elevada potencia como sistemas de radar y emisión (broadcast) RF de largo alcance. También son MOSFET e IGBT prometedores en aplicaciones de hasta 650 V, aunque no llegan a los valores de los dispositivos SiC. Capaces de conmutar hasta mil veces más rápido que los componentes discretos de silicio, también disminuyen las pérdidas de conmutación y conducción, proporcionando una función de conversión o control de energía eficiente.

Figura 1 – Semiconductores WBG – el big 3 para WBG. (Fuente: KEMET)
Figura 1 – Semiconductores WBG – el big 3 para WBG. (Fuente: KEMET)

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