Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Experimental Comparison of Different Gate-Driver Configurations for Parallel-Connection of Normally-ON SiC JFETs
KTH, Skolan för elektro- och systemteknik (EES), Elektrisk energiomvandling.
Acreo AB.
KTH, Skolan för elektro- och systemteknik (EES), Elektrisk energiomvandling.
KTH, Skolan för elektro- och systemteknik (EES), Elektrisk energiomvandling.ORCID-id: 0000-0001-7922-3407
Visa övriga samt affilieringar
2012 (Engelska)Ingår i: 7th International Power Electronics and Motion Control Conference (IPEMC), 2012, IEEE conference proceedings, 2012, s. 16-22Konferensbidrag, Enbart muntlig presentation (Refereegranskat)
Abstract [en]

Due to the low current ratings of the currently available silicon carbide (SiC) switches they cannot be employed in high-power converters. Thus, it is necessary to parallel-connect several switches in order to reach higher current ratings. This paper presents an investigation of parallel-connected normally-on SiC junction field effect transistors. There are four crucial parameters affecting the effectiveness of the parallel-connected switches. However, the pinch-off voltage and the reverse breakdown voltage of the gates seem to be the most important parameters which affect the switching performance of the devices. In particular, the spread in these two parameters might affect the stable off-state operation of the switches. The switching performance and the switching losses of a pair of parallel-connected devices having different reverse breakdown voltages of the gates is investigated by employing three different gate-driver configurations. It is experimentally shown that using a single gate-driver circuit the switching performance of the parallel-connected devices is almost identical, while the total switching losses are lower compared to the other two configurations.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
IEEE conference proceedings, 2012. s. 16-22
Nyckelord [en]
JFETs, Junctions, Logic gates, Resistors, Silicon carbide, Switches, Transient analysis
Nationell ämneskategori
Elektroteknik och elektronik
Forskningsämne
Järnvägsgruppen - Elsystem
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-104800DOI: 10.1109/IPEMC.2012.6258832Scopus ID: 2-s2.0-84866787241ISBN: 978-1-4577-2085-7 (tryckt)OAI: oai:DiVA.org:kth-104800DiVA, id: diva2:567430
Konferens
ECCE Asia 2012 - 7th International Power Electronics and Motion Control Conference,Harbin, China,2-5 June 2012
Anmärkning

QC 20121116

Tillgänglig från: 2012-11-16 Skapad: 2012-11-13 Senast uppdaterad: 2016-11-24Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. On Gate Drivers and Applications of Normally-ON SiC JFETs
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>On Gate Drivers and Applications of Normally-ON SiC JFETs
2013 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

In this thesis, various issues regarding normally-ON silicon carbide (SiC)Junction Field-Effect Transistors (JFETs) are treated. Silicon carbide powersemiconductor devices are able to operate at higher switching frequencies,higher efficiencies, and higher temperatures compared to silicon counterparts.From a system perspective, these three advantages of silicon carbide can determinethe three possible design directions: high efficiency, high switchingfrequency, and high temperature.The structure designs of the commercially-available SiC power transistorsalong with a variety of macroscopic characteristics are presented. Apart fromthe common design and performance problems, each of these devices suffersfrom different issues and challenges which must be dealt with in order to pavethe way for mass production. Moreover, the expected characteristics of thefuture silicon carbide devices are briefly discussed. The presented investigationreveals that, from the system point-of-view, the normally-ON JFET isone of the most challenging silicon carbide devices. There are basically twoJFET designs which were proposed during the last years and they are bothconsidered.The state-of-the-art gate driver for normally-ON SiC JFETs, which wasproposed a few years ago is briefly described. Using this gate driver, theswitching performance of both Junction Field-Effect Transistor designs wasexperimentally investigated.Considering the current development state of the available normally-ONSiC JFETs, the only way to reach higher current rating is to parallel-connecteither single-chip discrete devices or to build multichip modules. Four deviceparameters as well as the stray inductances of the circuit layout might affectthe feasibility of parallel connection. The static and dynamic performance ofvarious combinations of parallel-connected normally-ON JFETs were experimentallyinvestigated using two different gate-driver configurations.A self-powered gate driver for normally-ON SiC JFETs, which is basicallya circuit solution to the “normally-ON problem” is also shown. This gatedriver is both able to turn OFF the shoot-through current during the startupprocess, while it also supplies the steady-state power to the gate-drivecircuit. From experiments, it has been shown that in a half-bridge converterconsisting of normally-ON SiC JFETs, the shoot-through current is turnedOFF within approximately 20 μs.Last but not least, the potential benefits of employing normally-ON SiCJFETs in future power electronics applications is also presented. In particular,it has been shown that using normally-ON JFETs efficiencies equal 99.8% and99.6% might be achieved for a 350 MW modular multilevel converter and a40 kVA three-phase two-level voltage source converter, respectively.Conclusions and suggestions for future work are given in the last chapterof this thesis.

Abstract [sv]

I denna avhandling behandlas olika aspekter av normally–ON junction–field–effect–transistorer (JFETar) baserade på kiselkarbid (SiC). Effekthalvledarkomponenteri SiC kan arbeta vid högre switchfrekvens, högre verkningsgradoch högre temperatur än motsvarigheterna i kisel. Ur ett systemperspektivkan de tre nämnda fördelarna användas i omvandlarkonstruktionen för attuppnå antingen hög verkningsgrad, hög switchfrekvens eller hög temperaturtålighet.Såväl halvledarstrukturen som de makroskopiska egenskaperna för kommersiellttillgängliga SiC–transistorer presenteras. Bortsett från de vanligakonstruktions–och prestandaproblemen lider de olika komponenterna av ettantal tillkortakommanden som måste övervinnas för att bana väg för massproduktion.Även framtida SiC–komponenter diskuteras.Ur ett systemperspektiv är normally-ON JFETen en av de mest utmanandeSiC-komponenterna. De två varianter av denna komponent som varittillgängliga de senaste åren har båda avhandlats.State–of–the–art–drivdonet för normally-ON JFETar som presenteradesför några år sedan beskrivs i korthet. Med detta drivdon undersöks switchegenskapernaför båda JFET-typerna experimentellt.Vid beaktande av det aktuella utvecklingsstadiet av de tillgängliga normally–ON JFETarna i SiC, är det möjligt att uppnå höga märkströmmar endastom ett antal single–chip–komponenter parallellkopplas eller om multichipmodulerbyggs. Fyra komponentparametrar samt strö-induktanser för kretsenkan förutses påverka parallellkopplingen. De statiska och dynamiska egenskapernaför olika kombinationer av parallellkopplade normally-ON JFETarundersöks experimentellt med två olika gate–drivdonskonfigurationer.Ett självdrivande gate-drivdon för normally-ON JFETar presenteras också.Drivdonet är en kretslösning till “normally–ON–problemet”. Detta gatedrivdonkan både stänga av kortslutningsströmmen vid uppstart och tillhandahållaströmförsörjning vid normal drift. Med hjälp av en halvbrygga medkiselkarbidbaserade normally–ON JFETar har det visats att kortslutningsströmmenkan stängas av inom cirka 20 μs.Sist, men inte minst, presenteras de potentiella fördelarna med användningenav SiC-baserade normally-ON JFETar i framtida effektelektroniskatillämpningar. Speciellt visas att verkningsgrader av 99.8% respektive 99.5%kan uppnås i fallet av en 350 MW modular multilevel converter och i en40 kVA tvånivåväxelriktare. Sista kaplitet beskriver slutsatser och föreslagetframtida arbete.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2013. s. x, 102
Serie
Trita-EE, ISSN 1653-5146 ; 2013:28
Nyckelord
Silicon Carbide, Normally-ON Junction Field-Effect Transistors (JFETs), Gate-Drive Circuits, Protection circuits, High-Efficiency Converters.
Nationell ämneskategori
Annan elektroteknik och elektronik
Forskningsämne
Järnvägsgruppen - Elsystem
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-122679 (URN)978-91-7501-799-0 (ISBN)
Disputation
2013-06-14, Kollegiesalen, Brinellvägen 8, KTH, Stockholm, 13:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Anmärkning

QC 20130527

Tillgänglig från: 2013-05-27 Skapad: 2013-05-26 Senast uppdaterad: 2020-01-22Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

fulltext(459 kB)371 nedladdningar
Filinformation
Filnamn FULLTEXT02.pdfFilstorlek 459 kBChecksumma SHA-512
32d9bc40c05b0a3e9a385ad3e1bbfaf27514351aa549ecda0d71924718687729b2e482ee0a0a1f98a1201826bff27ee2d6f56f021224e1fd51edef47834a0fcd
Typ fulltextMimetyp application/pdf

Övriga länkar

Förlagets fulltextScopusIEEEXplore

Personposter BETA

Tolstoy, GeorgNee, Hans-Peter

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Peftitsis, DimosthenisRabkowski, JacekTolstoy, GeorgNee, Hans-Peter
Av organisationen
Elektrisk energiomvandling
Elektroteknik och elektronik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar
Totalt: 371 nedladdningar
Antalet nedladdningar är summan av nedladdningar för alla fulltexter. Det kan inkludera t.ex tidigare versioner som nu inte längre är tillgängliga.

doi
isbn
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
isbn
urn-nbn
Totalt: 171 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf