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Hace veinte años, elegir un transistor para una aplicación era relativamente sencillo, especialmente porque las opciones estaban basadas casi exclusivamente en silicio. Hoy en día, los ingenieros tienen el lujo (y quizás la carga) de tener una plétora de transistores diferentes a su disposición, ya sean de silicio convencional, SiC, GaN u otros.

Una comparación de las diferentes opciones de semiconductores disponibles. Imagen utilizada por cortesía del proyecto "First and EuRopEAn sic EigTh Inches PilOt line" (REACTION) de Messina et al a través de ResearchGate. (consultado el 26 de marzo de 2022)

Con todas estas opciones, un proceso tan fundamental como la selección de componentes puede ralentizar un ciclo de diseño. Una vez que un ingeniero elige el tipo de transistor a utilizar, debe elegir entre varias marcas y materiales diferentes.
Ahora, UnitedSiC ha lanzado una herramienta de calculadora que permite a los ingenieros elegir más fácilmente un FET para sus diseños sin simular o probar en banco a través de una serie de opciones.

Una nueva herramienta de SiC

UnitedSiC espera agilizar el proceso de selección con una nueva herramienta llamada Calculadora FET-Jet.
Esta calculadora es una herramienta en línea gratuita que ayuda a los diseñadores a seleccionar un dispositivo comparando el rendimiento de los FET de SiC para diferentes aplicaciones y topologías, así como parámetros ambientales y eléctricos.

Captura de pantalla de la calculadora FET-Jet. Imagen utilizada por cortesía de UnitedSiC

UnitedSiC afirma que la calculadora ayuda a predecir el rendimiento del sistema sin algunos de los tediosos procesos de prueba prácticos. Algunas de las métricas calculadas incluyen:
Eficiencia global
Pérdidas de componentes (contribuciones dinámicas y de conducción)
Temperaturas de unión
Niveles de estrés actuales
La herramienta también emitirá una advertencia si el voltaje resultante es mayor que la clasificación de una pieza determinada.

Cómo funciona: funciones de FET-Jet

Después de probar la calculadora, parece ser una herramienta muy útil con una variedad de funciones.
La herramienta es un buscador de componentes basado en aplicaciones, en el que, de inmediato, se le pide que elija la aplicación que desea crear, ya sea AC / DC, DC / DC o DC / DC aislada. Una vez que se elige su aplicación, se le solicita que seleccione la topología específica que está utilizando. Por ejemplo, dentro de las aplicaciones de CA / CC, puede seleccionar entre PFC, TPPFC, Vienna y topologías de inversor de fuente de voltaje de dos niveles.

Parámetros de entrada y selección de dispositivo para un convertidor elevador desde la calculadora FET-Jet. Imagen cortesía de UnitedSiC

A continuación, puede seleccionar los parámetros de entrada que desee, incluida la potencia nominal, la frecuencia de conmutación, la temperatura del disipador de calor y los parámetros específicos de la topología.
Luego, la calculadora generará valores para corrientes pico, pérdidas por FET, pérdidas por diodo, pérdidas totales y eficiencia. Luego, con toda esta información calculada, le ofrecerá FET y diodos UnitedSiC para su aplicación, dados los parámetros de entrada y la topología que ingresó.
Sin embargo, una consideración antes de usar esta calculadora para SiC FET es si el componente que desea usar debe ser SiC o silicio.

Silicio vs SiC

De muchas maneras, el SiC expulsa el silicio del agua en lo que respecta al rendimiento.
El SiC se considera un semiconductor de banda ancha con una banda prohibida que puede alcanzar hasta 3.3eV en lugar de ~ 1.2eV para el silicio. Además de esto, el SiC exhibe valores de movilidad de huecos y electrones más altos que el Si. Como resultado de estas dos características, el SiC puede soportar voltajes mucho más altos, con un voltaje de ruptura de 600 V, y exhibir una mayor eficiencia debido a velocidades de conmutación más rápidas y menor RDS (encendido).

Representación de la pérdida de potencia para Si y SiC. Imagen utilizada por cortesía de Mitsubishi Electric

Con tantas opciones aparentemente superiores en el mercado, uno podría preguntarse por qué alguna vez usaría transistores de silicio convencionales.
La verdadera fuerza del silicio es que ha existido por más tiempo. El resultado de esto es que la industria ha hecho que los productos de silicio sean muy accesibles y asequibles. Si su aplicación puede permitirse un transistor de menor rendimiento, entonces el silicio puede ser la mejor apuesta por el costo y mitigar las preocupaciones sobre la disponibilidad de los componentes.

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UnitedSiC no es la única empresa que ofrece herramientas para la selección de FET. EPC ofrece una herramienta para filtrar GaN FET, ROHM tiene una herramienta similar para la selección de MOSFET específicamente para convertidores CC / CC de rectificación síncrona, y TI tiene una calculadora de pérdidas FET para aplicaciones de convertidores reductores síncronos.
Ser capaz de elegir de forma rápida y precisa el componente adecuado de su aplicación es crucial para un diseño exitoso. ¿Cómo suele comparar los FET durante el proceso de diseño? ¿Utiliza herramientas como esta? Comparta sus métodos en los comentarios a continuación.