Układy sterowania bramkowego tranzystorów z węglika krzemu SiC JFET w falownikach napięcia

• Autorzy: Adamowicz M. , Pietryka J. , Giziewski S. , Rutkowski M. , Krzemiński Z.

Warianty tytułu

EN

Two-stage DC-coupled gate drivers for SiC JFET based inverters

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zastosowanie technologii węglika krzemu (SiC) w falownikach napięcia pozwala na zwiększenie częstotliwości przełączeń oraz temperatury pracy przyrządów półprzewodnikowych. W celu zapewnienia minimalizacji strat oraz określonych właściwości dynamicznych tranzystorów z węglika krzemu wymagane jest stosowanie zaawansowanych układów sterowania bramkowego. W referacie przedstawiono analizę teoretyczną, wyniki badań symulacyjnych oraz laboratoryjnych opracowanego na Politechnice Gdańskiej dwustopniowego układu sterowania bramkowego ze sprzężeniem typu DC dla tranzystorów SiC JFET 1,2kV typu normally-off.

EN

The SiC-based power inverters are expected to have lower losses and higher power density than silicon based DC-AC converters which are currently used in electrical drives and wind generation systems. The paper presents a low-cost two stage DC-coupled gate driver for normally off SiC JFETs. The prototype of above gate driver was worked out and investigated at the Gdansk University of Technology. Theoretical analysis, simulation results and static and dynamic characteristics of the 1200V normally off SiC JFETs operated with different types of SiC Schottky diodes are presented in the paper.

Słowa kluczowe

PL

przyrządy półprzewodnikowe z węglika krzemu; dioda Schottky'ego SiC; układy sterowania bramkowego

EN

silicon carbide; SiC JFET; SiC Schottky diode

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 88, nr 4b
• Strony: 1--6
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Adamowicz M.

autor

Pietryka J.

autor

Giziewski S.

autor

Rutkowski M.

autor

Krzemiński Z.

• Politechnika Gdańska, Katedra Mechatroniki i Inżynierii Wysokich Napięć, ul. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk,

Bibliografia

• [1] Barlik R., Rąbkowski J., Nowak M., Przyrządy półprzewodnikowe z węglika krzemu (SiC) i ich zastosowania w energoelektronice, Przegląd Elektrotechniczny, 82 (2006), n. 11, 1-8
• [2] Elasser A., Kheraluwala M. H., Ghezzo M., Steigerwald R.L., Evers N.A., Kretchmer J., Chow T.P., A comparative evaluation of new silicon carbide diodes and state-of-the-art silicon diodes for power electronic applications, IEEE Trans. Ind. Applications, 39 (2003), n. 4, 915-921.
• [3] Funaki T., Balda, J. Junghans J., Kashyap A., Mantooth H., F. Barlow, T. Kimoto, and T. Hikihara, Power conversion with SiC devices at extremely high ambient temperatures, IEEE Trans. Power Electronics, 22 (2007), n. 4, 1321-1329
• [4] Nowak M., Rąbkowski J., Barlik R., Badania porównawcze właściwości wybranych krzemowych i węglikowo‐krzemowych łączników mocy, Przegląd Elektrotechniczny, 84 (2008), n. 7
• [5] Bortis D., B. Wrzecionko, J. W. Kolar, A 120 °C Ambient Temperature Forced Air-Cooled Normally-off SiC JFET Automotive Inverter System, Proc. IEEE Conf. APEC (2011), CD-ROM
• [6] Agarwal A., Das M., Hull B., Krishnaswami S., Palmour J., Richmond J., Sei-Hyung R., Zhang J., "Progress in Silicon Carbide Power Devices," Proc. 64th IEEE Device Research Conference, 2006, pp. 155-158
• [7] Lai R., Wang F., Ning P., D. Zhang, D. Jiang, R. Burgos, D. Boroyevich, K.J. Karimi, V.D. Immanuel, Development of a 10 kW High Power Density Three-Phase AC-DC-AC Converter Using SiC Devices, 13th European Conference on Power Electronics and Applications EPE (2009), 1-12
• [8] Chinthavali M., Ning P., Cui Y., Tolbert L. M., Investigation on the Parallel Operation of Discrete SiC BJTs and JFETs, Proc. IEEE Conf. APEC (2011), 1076-1083
• [9] Abuishmais I., Undeland T., Dynamic Characterization of 63 m, 1.2 kV, Normally-off SiC VJFET, Proc. 8th IEEE Conf. ECCE Asia (2011), 1206-1210
• [10] Josifovic I., Popovic-Gerber J., Ferreira J. A., SiC JFET Switching Behavior in a Drive Inverter under Influence of Circuit Parasitics, IEEE Conf. ECCE Asia (2011), 1087-1094
• [11] Jiang D., Burgos R., Wang F., Boroyevich D., Temperature Dependent Characteristics of SiC Devices: Performance Evaluation and Loss Calculation, IEEE Trans. Ind. Electronics, 99 (2011), 1-22
• [12] Jiang D., Wang F., Evaluation of SiC Devices in Converter Phase-leg at High Temperature, Proc. IEEE Conf. 2011, 366-369
• [13] Robutel R., Martin C., Morel H., Mattavelli P., Boroyevich D., Meuret R., Integrated Common Mode Capacitors for SiC JFET Inverters, Proc. IEEE Conf. APEC (2011), 196-202
• [14] Han T. J., Nagashima J., Kim S. J., High Density 50 kW SiC Inverter Systems Using a JFET Based Six-Pack Power Module, Proc. 8th IEEE. Conf. IPEC ECCE Asia (2011), 764-769
• [15] Xu F., Jiang D., Wang J., Wang F., Tolbert L.M., Han T. J., Nagashima J., Kim S. J., High Temperature Packaging of 50 kW Three-Phase SiC Power Module, Proc. IEEE Conf. IPEC ECCE Asia (2011), May 30-June 3, 2427- 2433
• [16] Rabkowski J., R. Barlik, “Three-phase Grid Inverter with SiC JFETs and Schottky Diodes,”16th International Conference "Mixed Design of Integrated Circuits and Systems" MIXDES (2009), 181-184
• [17] Michalski A., Zymmer K., Badania właściwości przyrządów energoelektronicznych z węglika krzemu (SiC) w warunkach komutacji prądu z wysoką częstotliwością, Prace Instytutu Elektrotechniki, Zeszyt 243 (2009), 5-26
• [18]Adamowicz M., Giziewski S., Pietryka J., Krzemiński Z., Performance Comparison of SiC Schottky Diodes and Silicon Ultra Fast Recovery Diodes, Proc. IEEE Conf. Compatibility and Power Electronics CPE (2011), June 1-3, CD-ROM
• [19] Adamowicz M., Giziewski S., Pietryka J., Rutkowski M., Krzemiński Z., Evaluation of SiC JFETs and SiC Schottky Diodes for Wind Generation Systems, Proc. 20-th IEEE Int. Symp. Industrial Electronics ISIE (2011), June 27-30, 269 - 276
• [20] Kelley R., A. Ritenour, D. Sheridan, J. Casady: Improved Two- Stage DC-Coupled Gate Driver for Enhancement-Mode SiC JFET, Proc. 25-th Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition APEC (2010), 1838 - 1841
• [21] Kelley R., F. Rees, D. Schwob: Optimized Gate Driver for Enhancement-mode SiC JFET, Conf. Proc. of Power Conversion Intelligent Motion PCIM (2009), CD-ROM.
• [22] Kelley R.L., F. Rees, Gate Driver For Enhancement-Mode And Depletion-Mode Wide Bandgap Semiconductor JFETs, United States Patent Application US 2010/0283515
• [23] Mazzola M. ,R. Kelley, Application of a Normally-off Silicon Carbide Power JFET in a Photovoltaic Inverter, Proc. of IEEE Conf. APEC 2009, 649-652
• [24] Wrzecionko B., S. Kach, D. Bortis, J. Biela, J. W. Kolar: "Novel AC Coupled Gate Driver for Ultra Fast Switching of Normally- Off SiC JFETs," Proc. IEEE Conf. IECON (2010), CD-ROM, 1-8
• [25] Callanan B., Application Considerations for Silicon Carbide MOSFETs, Application Note (2011), www.cree.com
• [26] Adamowicz M., Krzemiński Z., Szewczyk J., Bezczujnikowe sterowanie generatorem klatkowym w stanach lotnego startu elektrowni wiatrowej, Przegląd Elektrotechniczny, 87 (2011), n. 1, 159-164