El Laboratorio de Semiconductores de Potencia de Infineon obtiene doble victoria: mayor rendimiento y ultra alta precisión con B

Introducción: El costoso cuello de botella que afecta a los laboratorios de semiconductores de potencia

Las pruebas de ciclos de potencia son imprescindibles para los inversores de vehículos eléctricos, los convertidores eólicos, las tracciones ferroviarias y los módulos de energía solar. Pero esta es la cruda verdad: los bancos de prueba de ciclos de potencia son el mayor gasto de capital en el centro de innovación de Infineon en Warstein, Alemania.

Cada módulo de potencia (que cubre corrientes desde varios amperios hasta 3.000 A) necesita una calibración de la característica de temperatura TC primero. Esta curva determina la temperatura de unión, la métrica central para todas las pruebas de fiabilidad. Hace años, Infineon dependía de equipos de calibración completamente manuales, y los problemas se acumularon rápidamente:

• 1+ hora de configuración manual por lote de prueba

• Riesgo de error humano en el registro de voltaje/corriente

• No hay funcionamiento inatendido durante la noche

• El lento enfriamiento del horno retrasa las pruebas posteriores

El equipo del laboratorio sabía que necesitaba una renovación total de automatización, y la pila de control basada en PC abierta de Beckhoff se convirtió en su solución revolucionaria.

El Stack de Bancos de Prueba Automáticos: Cómo TwinCAT + EtherCAT Rompieron los Límites de Precisión

1. Núcleo de Medición de Alta Resolución: Terminales EtherCAT ELM3xxx

El hardware estrella aquí es el terminal de medición EtherCAT ELM3102-0100, que ofrece una resolución de 24 bits y una precisión de medición del 0.01%. Durante la calibración, hasta 32 módulos de potencia se colocan dentro de hornos controlados por temperatura regulados a través de TCP/IP + TwinCAT. Una vez que se alcanza el equilibrio térmico, el terminal captura los voltajes de contacto del módulo con una consistencia inigualable: los datos de referencia de calibración coinciden con los valores de estándar de referencia hasta seis decimales.

2. Control de Corriente Flexible para Todos los Tipos de Módulos

Los terminales de control de LED Beckhoff EL2596 proporcionan una corriente de medición ajustable de 10 mA a 500 mA, emparejados con terminales de potencia EL9560 para aislamiento de canales.

• Ajuste fino de precisión: ±0.1 mA a través de resistencias de derivación

• Compatibilidad nativa con módulos especiales de baja corriente que requieren solo 1 mA de entrada

• Funciona perfectamente con diodos, IGBTs y MOSFETs de SiC sin necesidad de una reconfiguración prolongada

3. Sinergia perfecta entre TwinCAT ↔ LabVIEW

El sistema completo se ejecuta en controladores embebidos CX5140, con dos entornos de tiempo de ejecución en paralelo:

1. TwinCAT 3 se encarga del control en tiempo real del horno, las entradas/salidas y la corriente

2. LabVIEW Runtime para la visualización de datos, el cálculo de curvas y la operación del laboratorio

La interfaz TF3710 TwinCAT 3 para LabVIEW actúa como un puente de datos bidireccional. Los ingenieros mantienen su flujo de trabajo familiar de LabVIEW mientras acceden a todas las señales en tiempo real de alta velocidad de EtherCAT de TwinCAT, sin comprometer ni la comodidad del software de laboratorio ni el rendimiento del control industrial.

Beneficios reales en el laboratorio: números que hablan por sí solos

Después de la implementación completa, el laboratorio de pruebas de Warstein de Infineon experimentó mejoras operativas transformadoras:✅ Ahorro de 1 hora en la configuración manual por ciclo de prueba✅ Duplicación del rendimiento diario de pruebas: 2 lotes completos en lugar de 1✅ Pruebas sin asistencia durante la noche reduce drásticamente el tiempo de inactividad del equipo✅ La activación de la puerta del horno controlada por TwinCAT acelera el enfriamiento, acelerando el recambio de lotes✅ Gran aumento de la OEE (Eficiencia General del Equipo) para el hardware de prueba de gran inversión

Para un laboratorio que actúe como proveedor de servicios internos para los equipos de I+D, un mayor rendimiento significa cumplir con los ajustados plazos de entrega de prototipos sin sacrificar la precisión de las pruebas.

Personalización colaborativa y expansión futura

Este proyecto no fue simplemente una implementación de hardware estándar: el estrecho desarrollo conjunto entre Infineon y Beckhoff permitió mejoras personalizadas de rendimiento. Incluso un aumento de 10 veces en la precisión de control se implementó a través de actualizaciones estándar de firmware, evitando costosas rediseños de hardware personalizados. El gabinete de control completo pasó la obligatoria certificación CE, un requisito crítico para los proveedores de semiconductores de grado automotriz.

La hoja de ruta de actualización ya está fijada:

1. Extraer automáticamente los datos de la curva TC de una base de datos central a través del ID del módulo, eliminando la recuperación manual de datos de las bancas de ciclo de alimentación

2. Desplegar dos rigs de prueba automatizados idénticos más (cada uno compatible con 24 módulos simultáneos), con uno instalado en la fábrica de producción húngara de Infineon

Resumen: ¿Por qué el control basado en PC domina los laboratorios de prueba de semiconductores?

Las pruebas de fiabilidad de semiconductores exigen dos prioridades contradictorias: la flexibilidad del software de laboratorio y el control en tiempo real de alta precisión ultraestable. Los sistemas PLC cerrados tradicionales tienen dificultades para equilibrar ambas.

La arquitectura abierta basada en PC de Beckhoff, la E/S de alta resolución de EtherCAT y la integración TwinCAT-LabVIEW eliminan esa compensación. Para Infineon, la actualización proporcionó tanto saltos en la productividad del laboratorio como una precisión de calibración de nivel máximo, un modelo para los laboratorios de prueba de semiconductores de potencia en todo el mundo que escalan la validación de componentes de vehículos eléctricos y energías renovables.