Temperatur- und Schaltfrequenzabhängigkeit von Übersprechen in Si-IGBT- und SiC-Leistungsmodule

Die Temperatur- und dV/dt-Abhängigkeit von Übersprechen wurde für Si-IGBT- und SiC-MOSFET-Leistungsmodule analysiert. Aufgrund einer geringeren Miller-Kapazität, die sich aus einer kleineren Die-Fläche ergibt, zeigt das SiC-Modul im Vergleich zu ähnlich bewerteten Si-IGBT-Modulen kleinere Durchschlagströme, obwohl mit einem höheren dV/dt und einer niedrigeren Schwellenspannung geschaltet wird. Aufgrund von hohen Spannungsüberschwingern und Schwingungen, die durch die SiC-Schottky-Diode verursacht werden, weisen SiC-Module jedoch eine höhere Durchschlagenergie-Dichte auf und induzieren Spannungsschwankungen im Gleichstromkreis. Messungen zeigen, dass der Durchschlagstrom für beide Technologien einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, dessen Größe für das Si-IGBT höher ist, d.h. der Durchschlagstrom und die Energie zeigen eine bessere Temperaturstabilität im SiC-Leistungsmodule. Die Wirksamkeit gängiger Techniken zur Minderung von Durchschlägen, einschließlich bipolarer Gate-Ansteuerungen, mehrerer Wechselwege des Gate-Widerstands und externer Gate-Source- und Snubber-Kondensatoren, wurde für beide Technologien bei unterschiedlichen Temperaturen und Schaltfrequenzen bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass Lösungen für SiC-MOSFETs aufgrund niedrigerer Schwellenspannungen und kleinerer Margen für negative Gate-Vorspannung am Gate des SiC-MOSFET weniger wirksam sind. Modelle zur Bewertung der parasitären Spannung wurden ebenfalls zu Diagnose- und Vorhersagezwecken entwickelt. Diese Ergebnisse sind wichtig für Umrichterschneider, die SiC-Technologie nutzen möchten.