Un nuevo método de simulación para evaluar los efectos de la temperatura y la radiación en la fiabilidad de los...

Área de la Ciencia:

• Electrónica de Potencia
• Ciencia de Materiales
• Ingeniería de Fiabilidad

Sus antecedentes:

• Los convertidores de potencia de carburo de silicio (SiC) son vitales para aplicaciones modernas como la automoción y las energías renovables.
• Las evaluaciones de fiabilidad actuales a menudo se centran en niveles de dispositivo o sistema, descuidando un enfoque integrado.
• Una evaluación de fiabilidad integradora para dispositivos de potencia y convertidores de SiC es crucial pero poco explorada.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y presentar un novedoso método de simulación a nivel de sistema para evaluar la fiabilidad de los dispositivos de potencia de SiC y los convertidores resonantes.
• Analizar el impacto de las temperaturas variables y las dosis ionizantes totales (TID) en el rendimiento de los convertidores de potencia de SiC.
• Comparar la fiabilidad de los convertidores de potencia basados en Silicio (Si) y SiC para aplicaciones espaciales y en entornos hostiles.

Principales métodos:

• Parámetros eléctricos sensibles a la temperatura (TSEP) calibrados como la resistencia en conducción (RON) y el cambio de voltaje umbral (ΔVTH) utilizando un trazador de curvas B1505A.
• Desarrollado una simulación a nivel de sistema que incorpora TSEP para un convertidor resonante de 300 W con una celda de aumento.
• Evaluados convertidores basados en Si y SiC bajo estrés térmico y de radiación (TID) utilizando dos estrategias de simulación distintas.

Principales resultados:

• Los MOSFET de SiC demostraron una estabilidad térmica superior con pérdidas de conducción más consistentes a temperaturas elevadas debido a la alta conductividad térmica.
• El aumento de las dosis ionizantes totales (TID) afectó negativamente las pérdidas de conducción en los dispositivos de SiC, lo que indica posibles preocupaciones de fiabilidad a largo plazo bajo radiación.
• La simulación puso de relieve la degradación del óxido de la puerta y los cambios en el ΔVTH como factores clave que afectan el rendimiento de los dispositivos de SiC.

Conclusiones:

• El método de simulación integrador propuesto evalúa eficazmente la fiabilidad de los convertidores de potencia de SiC bajo tensiones térmicas y de radiación combinadas.
• La tecnología SiC ofrece ventajas significativas en la gestión térmica, pero requiere una cuidadosa consideración de los efectos de la radiación para entornos espaciales y hostiles.
• La investigación adicional sobre la mitigación de la degradación inducida por TID es esencial para mejorar la fiabilidad a largo plazo de los convertidores de potencia de SiC.