Charakterisierung des Schaltverhaltens von Wide-Bandgap-Halbleitern

 

Charakterisierung des Schaltverhaltens von Wide-Bandgap-Halbleitern

 

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Alexander Stippich

Oberingenieur Leistungselektronik und Elektrische Antriebe

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Durch die Elektromobilität und das elektrische Fliegen wird eine Steigerung der Leistungsdichten von leistungselektronischen Systemen vorangetrieben, welche insbesondere durch die schnellschaltenden Halbleitertechnologien Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) ermöglicht wird. Die transiente Charakterisierung dieser Wide-Bandgap-Halbleiterbauelemente stellt eine große Herausforderung dar und kann am ISEA mittels Doppelpulsversuchen durchgeführt werden. Bei der Vermessung einzelner Schaltvorgänge werden hohe Anforderungen an die Strom- und Spannungsmessmittel gestellt, da diese eine ausreichende Bandbreite bei gleichzeitig minimalem Einfluss auf die zu vermessende Schaltung gewährleisten müssen.

Ein Ziel innerhalb des Graduiertenkollegs mobilEM ist daher die Analyse und Bewertung der Messmethodik im Doppelpulsprüfstand. Hierbei werden vorhandene Messmittel für Strom und Spannung analysiert, sodass eine Aussage über die Qualität der Messungen getroffen werden kann und die resultierenden Messfehler bewertet werden können. Mittels Simulation des Messaufbaus können die Effekte einzelner Parameter wie Bandbreitenlimitierung, Signallaufzeiten, parasitäre Elemente oder Umgebungstemperaturen auf das Gesamtergebnis extrahiert und abgeschätzt werden. Anhand dieser Ergebnisse werden Messreihen durchgeführt, welche die verschiedenen Einflüsse an ausgewählten SiC- und GaN-Schaltzellen abbilden und validieren. Die so ermittelten Fehlerquellen im Messaufbau können anschließend gezielt minimiert werden, indem beispielsweise die durch einen Stromsensor eingefügte Induktivität reduziert wird oder die unterschiedlichen Signallaufzeiten von Tastköpfen kompensiert werden.

 

Laufzeit

10/2019 - 09/2022

 

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