Integrierte Ansteuer- und Schutzschaltungen für schnell schaltende Leistungsbauelemente für hohe Spannungen

Media type: E-Book; Thesis

Title: Integrierte Ansteuer- und Schutzschaltungen für schnell schaltende Leistungsbauelemente für hohe Spannungen

Contributor: Mayya, Iyead [Author]; Herzer, Reinhard [Other]; Silber, Dieter [Other]; Reimann, Tobias [Other]

Published: Ilmenau, 2015

Extent: Online-Ressource (PDF-Datei: II, 143 S., 12,41 MB); graph. Darst

Language: German

Identifier:

RVK notation: ZN 8340 : Leistungselektronik

Keywords: Leistungstransistor > Siliciumcarbid > Wide-bandgap Halbleiter > Treiberschaltung > SOI-Technik > Schutzschaltung
Leistungselektronik > Leistungstransistor

Origination:

University thesis: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015

Footnote: Parallel als Druckausg. erschienen
Systemvoraussetzungen: Acrobat reader

Description: Verschiedene neue Leistungsbauelemente auf Basis von wide-bandgap-Materialien wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) sind in den letzten Jahren mit unterschiedlichen Wirkprinzipien für Spannungen bis zu 1700 V auf den Markt gekommen. Die positiven Eigenschaften der Bauelemente können nur durch geeignete Treiberkonzepte ausgenutzt werden, die neben der optimalen Ansteuerung auch den Schutz für diese Bauelemente gewährleisten. In dieser Arbeit werden das Konzept, der Entwurf sowie die Verifizierung von vollintegrierten Gatetreiber-ICs für die Ansteuerung von SiC-Leistungstransistoren (verschiedene JFET, MOSFET) der Spannungsklasse bis 1200 V vorgestellt. Zunächst werden die Vorteile der wide bandgap-Materialien und ihr Potential für Leistungsbauelemente im Vergleich zum Silizium behandelt. Danach werden neue SiC-Transistoren (lateraler und vertikaler JFET, MOSFET) mit ihren Strukturen vorgestellt, statisch und dynamisch untersucht und die Messergebnisse verglichen und bewertet. Weiterhin werden ausführliche Betrachtungen zur Ansteuerung und Überwachung von normally-off SiC-MOSFETs und normally-on SiC-JFETs, letztere u. a. in Standard-Kaskode- und Kaskode-Light-Toplogie, vorgenommen. Auf dieser Basis werden die Konzepte und Parameter der angestrebten Treiber-ICs abgeleitet. Zur Umsetzung der integrierten Treiber werden mögliche PN -isolierte und dielektrischisolierte Halbleitertechnologien vorgestellt und diskutiert. Eine sehr vorteilhafte SOI-Technologie wurde für die praktischen Realisierungen in dieser Arbeit ausgewählt. Beim Entwurf der verschiedenen Gatetreiber-ICs für normally-off und verschiedene normally-on SiC-Bauelemente werden sowohl die Gesamtkonzepte der Gatetreiber-ICs als auch neu- und weiterentwickelte Teilschaltungen vorgestellt und simuliert. Wichtige, neu entwickelte Schaltungskonzepte wie die negative Abschaltspannung und der erweiterte Betriebsspannungsbereich (-20 V...+20 V) werden besonders ausführlich behandelt. Die Layouts der verschiedenen Versionen der Gatetreiber-ICs und die darausresultierenden Chips mit ihren Abmessungen und Hauptmerkmalen werden gezeigt. Die entwickelten Teil- und Gesamtschaltungen der verschiedenen Treiber-ICs werden messtechnisch charakterisiert. Dabei werden die wichtigsten Niederspannungs-, Hochspannungs- und Umrichtermessungen ausführlich dargestellt und diskutiert.

Access State: Open Access

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