O Laboratório de Semiconductores de Potência da Infineon obtém duplo sucesso - Maior produtividade e ultra-alta precisão com B

Introdução: O Custo Alto do Gargalo que Acomete Laboratórios de Semiconductores de Potência

Testes de ciclos de potência são indispensáveis para inversores de veículos elétricos, conversores eólicos, acionamentos ferroviários e módulos de energia solar. Mas aqui está a cruel verdade: os bancos de teste de ciclos de potência são o maior gasto de capital no centro de inovação de Warstein da Infineon, na Alemanha.

Cada módulo de potência (cobrindo correntes de vários ampères até 3.000 A) precisa primeiro de uma calibração da característica de temperatura TC. Essa curva determina a temperatura da junção — a métrica central para todos os testes de confiabilidade. Há anos, a Infineon dependia de equipamentos de calibração totalmente manuais, e os pontos problemáticos se acumularam rapidamente:

• 1+ hora de configuração manual por lote de testes

• Risco de erro humano no registro de tensão/corrente

• Não é possível operar sem supervisão durante a noite

• O resfriamento lento do forno atrasa as próximas execuções de testes

A equipe do laboratório sabia que precisava de uma reforma completa de automação, e a pilha de controle baseada em PC aberta da Beckhoff tornou-se a solução revolucionária.

A Pilha de Bancos de Teste Automatizados: Como o TwinCAT + EtherCAT Superou os Limites de Precisão

1. Núcleo de Medição de Alta Resolução: Terminais EtherCAT ELM3xxx

O hardware estrela aqui é o terminal de medição EtherCAT ELM3102-0100, com resolução de 24 bits e precisão de medição de 0,01%.Durante a calibração, até 32 módulos de potência ficam dentro de fornos com controle de temperatura regulados via TCP/IP + TwinCAT. Assim que o equilíbrio térmico é alcançado, o terminal captura as tensões de contato do módulo com uma consistência inigualável — os dados do padrão de calibração correspondem aos valores do padrão de referência até seis casas decimais.

2. Controle de Corrente Flexível para Todos os Tipos de Módulos

Os terminais de controle de LED Beckhoff EL2596 entregam corrente de medição ajustável de 10 mA a 500 mA, combinados com terminais de potência EL9560 para isolamento de canal.

• Ajuste fino de precisão: ±0,1 mA via resistores de shunt

• Compatibilidade nativa com módulos especiais de baixa corrente que requerem apenas 1 mA de entrada

• Funciona perfeitamente com diodos, IGBTs e MOSFETs de SiC sem reconfiguração demorada

3. Sinergia perfeita TwinCAT ↔ LabVIEW

Todo o sistema é executado em controladores embarcados CX5140, com dois ambientes de tempo de execução paralelos:

1. TwinCAT 3 gerencia o forno em tempo real, o I/O e o controle de corrente

2. LabVIEW Runtime para visualização de dados, cálculo de curvas e operações de laboratório

A Interface TF3710 TwinCAT 3 para LabVIEW atua como uma ponte de dados bidirecional. Os engenheiros mantêm seu fluxo de trabalho familiar do LabVIEW enquanto acessam todos os sinais em tempo real de alta velocidade do EtherCAT do TwinCAT — sem compromisso nem com a conveniência do software de laboratório nem com o desempenho do controle industrial.

Benefícios reais no laboratório: Números que falam por si mesmos

Após a implantação completa, o laboratório de testes de Warstein da Infineon teve melhorias operacionais transformadoras:✅ 1 hora economizada na configuração manual por ciclo de teste✅ Dobro da taxa de processamento diária de testes: 2 lotes completos em vez de 1✅ Testes noturnos sem supervisão reduzem drasticamente o tempo ocioso do equipamento✅ A atuação da porta do forno controlada pelo TwinCAT acelera o resfriamento, aumentando a troca de lotes✅ Aumento acentuado da OEE (Eficiência Geral do Equipamento) para o hardware de teste de alto custo

Para um laboratório que atua como um provedor de serviços internos para as equipes de P&D, um throughput mais rápido significa cumprir prazos apertados de entrega de protótipos sem sacrificar a precisão dos testes.

Personalização Colaborativa & Expansão Futura

Este projeto não foi apenas uma implantação de hardware pronto para uso — um desenvolvimento conjunto próximo entre a Infineon e a Beckhoff desbloqueou atualizações de desempenho personalizadas. Até um salto de 10 vezes na precisão de controle foi implementado por meio de atualizações de firmware padrão, evitando redesenhos caros de hardware personalizado. O gabinete de controle completo passou na certificação CE obrigatória, um requisito crítico para fornecedores de semicondutores de nível automotivo.

A rota de atualização já está definida:

1. Puxar automaticamente os dados da curva TC de um banco de dados central via ID do módulo, eliminando a recuperação manual de dados das bancadas de ciclos de energia

2. Implantar mais dois bancos de testes automatizados idênticos (cada um suportando 24 módulos simultaneamente), com um instalado na fábrica de produção húngara da Infineon

Resumo: Por que o controle baseado em PC domina os laboratórios de teste de semicondutores

A verificação da confiabilidade de semicondutores exige duas prioridades conflitantes: flexibilidade do software do laboratório e controle em tempo real de alta precisão e ultra-estável. Os sistemas PLC fechados tradicionais têm dificuldade em equilibrar ambos.

A arquitetura aberta baseada em PC da Beckhoff, a E/S de alta resolução EtherCAT e a integração TwinCAT-LabVIEW eliminam essa compensação. Para a Infineon, a atualização proporcionou tanto aumentos na produtividade do laboratório quanto precisão de calibração de padrão ouro — um modelo para laboratórios de teste de semicondutores de potência em todo o mundo que estão dimensionando a validação de componentes de veículos elétricos e energia renovável.