High Temperature SiC Power Module Electrical Evaluation Procedure

Ning, Puqi; Wang, Fred; Ngo, Khai D. T.

doi:10.4071/hitec-pning-tha13

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“…Compared to a silicon (Si) material, Si carbide (SiC) material has higher band gap, greater breakdown field strength and better thermal conducting and thermal stability characteristics [1][2][3][4]. The features give SiC power devices the ability to operate at higher frequency, higher temperature and lower losses among other outstanding performance advantages [5,6].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Analytical model for predicting the junction temperature of chips considering the internal electrothermal coupling inside SiC metal–oxide–semiconductor field‐effect transistor modules

Sun

Zhao

Cai

et al. 2020

IET Power Electronics

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Owing to their excellent characteristics, silicon carbide (SiC) metal-oxide-semiconductor field-effect transistor modules are expected to have broad application prospects in various types of power conversion equipment in the future. Accurate prediction of the internal chip junction temperature of SiC module is of great value for the usage of the modules in the power conversion equipment. In this study, taking the electrothermal coupling process, and the thermal characteristics of the chips into consideration, the power loss model under unipolar and bipolar sinusoidal pulse-width modulation control was developed. A star-shaped equivalent thermal network model based on virtual temperature was established. Moreover, an analytical junction temperature predicting model was proposed. To obtain the temperature dependence of static and dynamic parameters for the models, power device analyser was used, and the double pulse test bench was established. To validate the effectiveness and accuracy of the above models, the finite element method was used to calculate the junction temperature of a commercial 1200 V/300 A full SiC module under different working conditions. The results show that the relative error is very small and the proposed model is effective.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Analytical model for predicting the junction temperature of chips considering the internal electrothermal coupling inside SiC metal–oxide–semiconductor field‐effect transistor modules

Sun

Zhao

Cai

et al. 2020

IET Power Electronics

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“…As reported in [3] by replacing the Si switches with SiC ones, the switching losses can be significantly reduced. The capability of SiC devices to work at extremely high ambient temperatures make them suitable for many automotive and aerospace applications [74], nevertheless high-temperature consistent device packaging has needed to be suitable for such environments [75] and [76].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

SiC-VSI with Sinusoidal Voltages for an Enhanced Sensorless Control of the Induction Machine

Al-Badrani

Feuersanger

Pacas

2018

2018 IEEE 4th Southern Power Electronics Conference (SPEC)

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In den letzten Jahren ist weltweit eine intensive Forschung auf dem Gebiet der Steuerung und Regelung von Drehstrommaschinen erfolgt. Die bekannten Regelverfahren in Verbindung mit den verfügbaren leistungselektronischen Umrichtern sowie mit Hilfe der sehr weit entwickelten, schnellen, elektronischen Signalverarbeitung, ermöglichte die Realisierung von elektrischen Antrieben mit hervorragenden Eigenschaften in einem weiten Drehzahl-und Drehmomentbereich. Ein geregelter Betrieb der Asynchronmaschine ohne Einschränkungen im Drehzahlstellbereich verlangt allerdings die Messung der Winkelposition des Rotors. Allerdings sind optische hochauflösende Encoder empfindlich gegen Umwelteinflüsse, wie Staub, Vibration und Temperatur, und reduzieren folglich die Systemzuverlässigkeit. Weiterhin erfordern sie zusätzliche Kabel und Schnittstellen. Daher hat man sich in den letzten Jahrzehnten, sowohl in der akademischen Welt als auch in der Industrie, mit der Entwicklung von Regelverfahren befasst, die ohne die Verwendung von mechanischen Drehgebern (Encodern) funktionieren. Diese sogenannten "sensorlosen" oder "geberlosen" Regelungen wurden in vielen Forschungsarbeiten intensiv untersucht und ständig verbessert, um eine hohe Dynamik mit Standard-Asynchronmotoren in einem weiten Drehzahlbereich zu erzielen. Es ist bekannt, dass eine Regelung der Asynchronmaschine mit alleiniger Verwendung der Klemmengrößen (Statorstrom und-spannung) ohne Messung der Rotorposition möglich ist. Leider versagen solche Methoden bei sehr kleinen Statorfrequenzen und finden deshalb nur bei höheren Drehgeschwindigkeiten Verwendung. Darüber hinaus, wird in solchen Verfahren die Messung der Klemmenspannungen vermieden und anstatt dessen die von der Regelung errechneten Sollgrößen verwendet. Die Realisierung wird deshalb komplexer, denn etwaige Nichtlinearitäten und Unzulänglichkeiten des Wechselrichters müssen im Modell berücksichtigt werden. Für die Speisung der Asynchronmaschine können auch mit SiC-Schaltern ausgestattete Wechselrichter verwendet und mit sehr hohen Schaltfrequenzen betrieben werden. In einigen Forschungsarbeiten wurden solche Systeme im Hinblick auf eine bessere Effizienz und Dynamik sowie auf die Glättung der Klemmenspannung untersucht. Die Vorliegende Arbeit verfolgt allerdings ein anderes Ziel, nämlich die Messung der nahezu sinusförmigen Statorspannungen zur Verbesserung der bekannten sensorlosen Regelverfahren sowie die Untersuchung der "Natürlichen Feldorientierten Regelung" und die Modell-Referenz-Regelung bei Speisung mit gemessenen Spannungen. vi Contents Acknowledgment .

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“…To ensure a proper switching behavior the current commutation loops should be short and low inductive. As for high temperature operation, a suitable packaging concept is required for the semiconductor devices in terms of packaging materials as well as module assembly techniques [3].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Full silicon carbide boost chopper module for high frequency and high temperature operation

Pettersson

Kicin

Holm

et al. 2014

2014 International Power Electronics Conference (IPEC-Hiroshima 2014 - ECCE ASIA)

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This paper presents a 1200-V 20-A full silicon carbide boost chopper module designed for high tempera ture and high frequency operation. The developed module is based on one silicon carbide metal oxide semiconductor field efl"ect transistor chip and two parallel connected silicon carbide schottky diode chips manufactured by Cree, Inc.The static and dynamic characteristics of the module have been experimentally determined and its performance tested in a 2-kW boost converter. The test results show that the developed module performs well and is able to provide a good conversion efficiency even at high switching frequency.

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High Temperature SiC Power Module Electrical Evaluation Procedure

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Analytical model for predicting the junction temperature of chips considering the internal electrothermal coupling inside SiC metal–oxide–semiconductor field‐effect transistor modules

Analytical model for predicting the junction temperature of chips considering the internal electrothermal coupling inside SiC metal–oxide–semiconductor field‐effect transistor modules

SiC-VSI with Sinusoidal Voltages for an Enhanced Sensorless Control of the Induction Machine

Full silicon carbide boost chopper module for high frequency and high temperature operation

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