Конденсатор для придушення стрибків напруги у напівмостовому інверторі на основі SiC-MOSFET транзистора
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.285684Ключові слова:
ланцюг постійного струму, еквівалентний послідовний опір, час спаду, плівковий конденсатор, напівміст, інвертор, час наростання, SiC MOSFET, втрати при перемиканні, стрибок напругиАнотація
У роботі розглядаються заходи щодо придушення стрибків напруги, що виникають під час роботи напівмостової схеми на основі SiC-MOSFET транзистора у топології інвертора. Дослідження важливо провести, оскільки при використанні Si-IGBT транзистора в якості перемикаючого компонента у напівмості проблема стрибків напруги не виникає; однак для деяких застосувань необхідні певні властивості, подібні до тих, які присутні у SiC MOSFET транзисторі. У порівнянні з Si-IGBT з часом наростання/спаду в цілому понад 100 нс, використання SiC MOSFET є кращим завдяки набагато коротшому часу перемикання, менше 50 нс, що призводить до значно менших втрат при перемиканні та зниження робочої температури. Однак вибір звичайного електролітичного конденсатора в ланцюзі постійного струму може спричинити небажаний стрибок напруги під час роботи напівмосту. Причиною стрибка іноді називають паразитний ефект індуктивності високої частоти SIC-MOSFET. Дане дослідження доводить перевагу плівкового конденсатора для придушення стрибків напруги завдяки його нижчому еквівалентному послідовному опору (ESR), ніж у електролітичного конденсатора. Отримані результати сприяють розгляду при реалізації схеми в різних застосуваннях, оскільки поки знайдено не так багато робіт, в яких обговорюється використання плівкового конденсатора в ланцюзі постійного струму напівмостового інвертора на основі SIC-MOSFET. Дослідження також показує важливість розміщення плівкових конденсаторів на етапі проектування SiC-MOSFET; крім того, на ринку ще не знайдені контролери двигунів, оснащені інвертором, подібним описаному в даному дослідженні. Вивчені в роботі заходи допоможуть контролювати небажані скачки напруги, які часто виникають при застосуванні SiC-MOSFET у конструкції напівмостового інвертора
Спонсор дослідження
- Universitas Brawijaya
Посилання
- Ozpineci, B., Tolbert, L. (2011). Smaller, faster, tougher. IEEE Spectrum, 48 (10), 45–66. doi: https://doi.org/10.1109/mspec.2011.6027247
- Alves, L. F. S., Gomes, R. C. M., Lefranc, P., De A. Pegado, R., Jeannin, P.-O., Luciano, B. A., Rocha, F. V. (2017). SIC power devices in power electronics: An overview. 2017 Brazilian Power Electronics Conference (COBEP). doi: https://doi.org/10.1109/cobep.2017.8257396
- Kizu, N., Nate, S., Miura, M., Nakanishi, M., Hase, N., Kawamoto, N., Ino, K. (2016). Evolution of SiC products for industrial application. PCIM Europe. Nuremberg.
- Bąba, S. (2021). Multiparameter reliability model for SiC power MOSFET subjected to repetitive thermomechanical load. Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences, 69 (3). doi: https://doi.org/10.24425/bpasts.2021.137386
- Gopalakrishnan, K. S., Das, S., Narayanan, G. (2011). Analytical expression for RMS DC link capacitor current in a three-level inverter. In Proceedings of the Centenary Conference Electrical Engineering, Indian Institute of Science. Bangalore. Available at: http://eprints.iisc.ac.in/46712/1/iisc_cent_conf_2011_das_ee.pdf
- Mo, F., Furuta, J., Kobayashi, K. (2016). A low surge voltage and fast speed gate driver for SiC MOSFET with switched capacitor circuit. 2016 IEEE 4th Workshop on Wide Bandgap Power Devices and Applications (WiPDA). doi: https://doi.org/10.1109/wipda.2016.7799953
- Qu, J., Zhang, Q., Yuan, X., Cui, S. (2020). Design of a Paralleled SiC MOSFET Half-Bridge Unit With Distributed Arrangement of DC Capacitors. IEEE Transactions on Power Electronics, 35 (10), 10879–10891. doi: https://doi.org/10.1109/tpel.2020.2978718
- Liu, Y., See, K. Y., Simanjorang, R., Lim, Z., Zhao, Z. (2018). Modeling and simulation of switching characteristics of half-bridge SiC power module in single leg T-type converter for EMI prediction. 2018 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility and 2018 IEEE Asia-Pacific Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC/APEMC). doi: https://doi.org/10.1109/isemc.2018.8394002
- Chou, W., Kempitiya, A., Vodyakho, O. (2018). Reduction of Power Losses of SiC MOSFET Based Power Modules in Automotive Traction Inverter Applications. 2018 IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC). doi: https://doi.org/10.1109/itec.2018.8450130
- Liu, G., Wu, Y., Li, K., Wang, Y., Li, C. (2019). Development of high power SiC devices for rail traction power systems. Journal of Crystal Growth, 507, 442–452. doi: https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2018.10.037
- Yin, S., Gu, Y., Deng, S., Xin, X., Dai, G. (2018). Comparative Investigation of Surge Current Capabilities of Si IGBT and SiC MOSFET for Pulsed Power Application. IEEE Transactions on Plasma Science, 46 (8), 2979–2984. doi: https://doi.org/10.1109/tps.2018.2849778
- Fujita, H., Garces Guajardo, C. A. (2018). Implementation of a Miniaturized SiC Inverter. 2018 International Power Electronics Conference (IPEC-Niigata 2018 -ECCE Asia). doi: https://doi.org/10.23919/ipec.2018.8507841
- Wang, L., Ma, H., Qiu, H., Yuan, K., Liu, Z., Cao, G. (2021). Modelling and optimization of SiC MOSFET switching voltage and current overshoots in a half‐bridge configuration. IET Power Electronics, 14 (9), 1684–1699. doi: https://doi.org/10.1049/pel2.12146
- Engelmann, G., Fritz, N., Ludecke, C., De Doncker, R. W., Xu, Z., Lu, X. et al. (2018). Impact of the Different Parasitic Inductances on the Switching Behavior of SiC MOSFETs. 2018 IEEE 18th International Power Electronics and Motion Control Conference (PEMC). doi: https://doi.org/10.1109/epepemc.2018.8521911
- Kavitha, V., Subramanian, K. (2017). Review on DC link capacitor issues in variable frequency drives. 2017 International Conference on Innovations in Electrical, Electronics, Instrumentation and Media Technology (ICEEIMT). doi: https://doi.org/10.1109/icieeimt.2017.8116839
- Singh, A. K., Pathak, M. K., Rao, Y. S. (2017). A new two-stage converter with reduction of DC-link capacitor for plug-in electric vehicle battery charger. 2017 3rd International Conference on Computational Intelligence & Communication Technology (CICT). doi: https://doi.org/10.1109/ciact.2017.7977338
- Yi, P., Cui, Y., Vang, A., Wei, L. (2018). Investigation and evaluation of high power SiC MOSFETs switching performance and overshoot voltage. 2018 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). doi: https://doi.org/10.1109/apec.2018.8341382
- Miyazaki, T., Okawauchi, Y., Otake, H., Nakahara, K. (2020). Semi-Theoretical Prediction of Turn-off Surge Voltage in a SiC MOSFET Power Module with an Embedded DC-link Decoupling Capacitor. 2020 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). doi: https://doi.org/10.1109/apec39645.2020.9124137
- Takayama, H., Okuda, T., Hikihara, T. (2020). A Study on Suppressing Surge Voltage of SiC MOSFET Using Digital Active Gate Driver. 2020 IEEE Workshop on Wide Bandgap Power Devices and Applications in Asia (WiPDA Asia). doi: https://doi.org/10.1109/wipdaasia49671.2020.9360264
- Fukunaga, S., Takayama, H., Hikihara, T. (2021). A Study on Switching Surge Voltage Suppression of SiC MOSFET by Digital Active Gate Drive. 2021 IEEE 12th Energy Conversion Congress & Exposition - Asia (ECCE-Asia). doi: https://doi.org/10.1109/ecce-asia49820.2021.9479030
- Zhu, R., Liserre, M. (2019). Lifetime Estimation of DC-Link Electrolytic Capacitor for Smart Transformer LV Side Inverter. 2019 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). doi: https://doi.org/10.1109/ecce.2019.8912596
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Rini Nur Hasanah, Waru Djuriatno, Lunde Ardhenta, Hadi Suyono, Febry Pandu Wijaya, Hazlie Mokhlis
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
