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A eletrónica de potência, como díodos, tirístores, transístores, retificadores e inversores, é utilizada para converter e controlar a energia elétrica de uma forma para outra. Por isso, a eficiência, fiabilidade, desempenho, bem como o tamanho, peso e custo das matérias-primas utilizadas nestes componentes são fatores de grande relevância.
A importância da eletrónica de potência tem vindo a aumentar, dado o seu uso em diversos sistemas de energia renovável aplicados nos setores dos transportes, industrial, eletrónica de consumo, entre outros setores emergentes.
SiC (carbeto de silício) e GaN (nitreto de gálio) são dois materiais semicondutores que ganharam grande destaque nos últimos anos pela sua aplicação em eletrónica de potência como alternativa à eletrónica de potência baseada em silício.
Tanto o SiC como o GaN oferecem diversas vantagens em relação às soluções tradicionais baseadas em silício.
O GaN é utilizado em aplicações eletrónicas de alto desempenho, como iluminação LED, amplificadores RF, defesa e aplicações automóveis. O GaN foi usado comercialmente pela primeira vez nos anos 2000 em díodos emissores de luz (LED) e lasers semicondutores, tendo sido o primeiro semicondutor capaz de emitir de forma fiável luz brilhante verde, azul, púrpura e ultravioleta. O carbeto de silício (SiC) é um composto formado por silício e carbono, com elevada condutividade térmica e uma larga largura de banda proibida. Atualmente, tanto SiC como GaN são utilizados em eletrónica de potência devido à sua capacidade de funcionar a tensões e temperaturas superiores às soluções tradicionais baseadas em silício.
Algumas aplicações específicas de dispositivos SiC e GaN em eletrónica de potência incluem:
- Conversores de potência de alta frequência: os dispositivos SiC e GaN podem operar a altas frequências, tornando-os adequados para uso em conversores de potência de alta frequência, como fontes de alimentação comutadas (SMPS) e conversores DC-DC.
- Correção do fator de potência (PFC): os dispositivos SiC e GaN podem melhorar o fator de potência das fontes de alimentação AC-DC, resultando em maior eficiência e menor distorção harmónica.
- Inversores solares: os dispositivos SiC e GaN podem ser utilizados em inversores solares para converter energia DC dos painéis solares em energia AC para utilização em habitações e empresas.
- Veículos elétricos: os dispositivos SiC e GaN podem ser utilizados na eletrónica de potência de veículos elétricos para aumentar a eficiência, reduzir o peso e ampliar a autonomia.
- Aplicações aeroespaciais: os dispositivos SiC e GaN suportam temperaturas elevadas e radiação, tornando-os adequados para aplicações aeroespaciais, como fontes de alimentação para satélites e sondas espaciais.
No geral, a utilização de dispositivos SiC e GaN em eletrónica de potência está a crescer rapidamente, impulsionada pela necessidade de maior eficiência, redução do custo e do tamanho dos sistemas e melhor desempenho em aplicações de alta frequência e elevada potência.
A adoção de dispositivos SiC e GaN em eletrónica de potência constitui uma tecnologia promissora para a redução das emissões de gases com efeito de estufa. Estes dispositivos oferecem maior eficiência, o que se traduz em menor desperdício de energia durante a conversão, resultando em menor consumo e redução de emissões. Também podem ser aplicados em sistemas de energias renováveis, como solar e eólica, para aumentar a eficiência e baixar o custo da produção energética. Além disso, os dispositivos SiC e GaN podem ser utilizados em veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia para melhorar a eficiência, aumentar a autonomia e reduzir as emissões associadas aos veículos tradicionais movidos a combustíveis fósseis. Os benefícios gerais destes dispositivos na eletrónica de potência podem contribuir significativamente para a redução das emissões de gases com efeito de estufa e para o desenvolvimento de um futuro mais limpo e sustentável.
Tal como acontece com qualquer avanço tecnológico, existe uma competição para determinar que tecnologia irá liderar o setor. Segundo uma investigação, atualmente a tecnologia de carbeto de silício (SiC) domina os inversores de veículos elétricos (EV) e outras aplicações onde são cruciais capacidades de bloqueio a alta tensão, manuseamento de potência e desempenho a baixa frequência. Contudo, para aplicações de alto desempenho a altas frequências, como estações base 5G e 6G, radares e aplicações de conversão de potência de alta frequência — como microinversores, fontes de alimentação e adaptadores de tomada —, a tecnologia de nitreto de gálio (GaN) é a escolha preferencial. Saiba mais.
