Exploiting the full potential of silicon carbide devices via optimized highly integrated power modules

Stippich, Alexander; de Doncker, Rik W. (Thesis advisor); Mantooth, Alan (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021)
Buch, Doktorarbeit

In: Aachener Beiträge des ISEA 155
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021

Kurzfassung

Die hervorragenden elektrischen Eigenschaften von Halbleiterbauelementen aus Siliziumkarbid (SiC) ermöglichen den Betrieb von Stromrichtern mit höheren Stromdichten, schnelleren Schalttransienten und höheren Schaltfrequenzen. Das schnelle Schalten der SiC-Leistungsbauelemente verstärkt jedoch die Auswirkungen von parasitären Eigenschaften der Leistungsmodule auf das elektrische Schaltverhalten. Parasitäre Induktivitäten und Kapazitäten des Moduls und der Bauelemente können zu starken Überspannungen, Spannungsschwingungen und Ableitströmen führen. Dadurch wird der sichere Betriebsbereich der Geräte eingeschränkt. Die Optimierung auf beste elektrische Eigenschaften steht in der Regel im Widerspruch zu guten thermischen Eigenschaften und begrenzt damit die Strombelastbarkeit von Leistungsmodulen und -wandlern. Daher ist es notwendig, die elektrischen und thermischen Eigenschaften optimal zu kombinieren, um die Vorteile von SiC-Bauelementen in leistungselektronischen Wandlern und Anwendungen voll auszuschöpfen. Daher zeigt diese Arbeit, wie Designkonzepte und -methoden, die das kombinierte elektrothermische Verhalten berücksichtigen, Leistungsmodule mit einer höheren Integration und Ausnutzung der Bauelemente als bei bestehenden Technologien realisieren können.