Detekce zkratových proudů velmi rychlých výkonových spínacích součástek

Jiří Kopecký

Bachelor's thesis

Overcurrent Detection of High Speed Semiconductor Switches

Abstract:

Moderní výkonové polovodičové součástky na bázi karbidu křemíku vykazují řadu velice výhodných vlastností zejména z pohledu jejich dynamiky, ztrát a tepelného přetížení. To umožnuje zvýšit účinnost měničů i posunout hranici poměru výkon/objem k výrazně lepším hodnotám. Vzhledem k lepším parametrům dochází také ve srovnání se standardními křemíkovými materiály součástek k redukci rozměrů a tím i objemu polovodičového materiálu součástky. To nepříznivě ovlivňuje velikost tzv. rozptýlené energie a tím i krátkodobou přetížitelnost, zejména při těžkých a dynamicky se vyvíjecích zkratech. Práce se proto zabývá technikami vyhodnocení rychle vznikajícího přetížení SiC součástek včetně metod rychlého a pokud možno nízkoztrátového vypnutí součástky v počáteční fázi zkratu. V práci jsou popsány metoda hlídání saturačního napětí, metoda proudového zrcadla, metoda dynamického vyhodnocení úrovně poruchového proudu, metoda hlídání saturačního napětí pomocí integrovaného obvodu a tyto metody jsou v možném rozsahu ověřeny na numerických modelech.

Abstract:

Modern power semiconductor devices based on silicon carbide display a number very favorable properties in particular in terms of dynamics, losses and thermal overload. This enables to increase the efficiency inverters and move boundary performance ratio/ bulk significantly better values. Due to improved parameters also occurs in comparison with standard silicon component materials to reduce the size and thus the amount of semiconductor material components. This a negative affects the size of the so-called diffused energy and therefore short-term overload especially in heavy and dynamically the generating faults. Work therefore deals with evaluation techniques rapidly arising overload SiC components including methods of rapid and, if possible, turn off the low-loss components at an early stage circuit. The paper describes a method monitoring the saturation voltage, method a current mirror, method of dynamic evaluation of the level of the fault current and these methods are the extent validated numerical models.

Keywords

polovodičový spínací prvek, karbid křemíku, křemík, bipolární tranzistor s izolovaným hradlem IGBT, tranzistor řízený elektrickým polem MOSFET, detekce zkratových proudů, polovodičový měnič, přetěžování SiC prvku, SSCB

Keywords

Power Switching Device, Silicon – Carbid, Silicon, Insulated Gate Bipolar Transistor, Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transistor, Overcurrent Detection, Semiconductor System, Overloading SiC device, SSCB

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 4. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 30. 5. 2017
• Supervisor: Petr Chlebiš
• Reader: Tomáš Pavelek

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Bachelor programme / field:
Elektrotechnika / Aplikovaná elektronika