Please refer to full text to view abstract.

No description available.

An IGBT/diode model with more accurate characteristics than simple switchis required to serve for EMC issues from converter valve. The purpose of thismaster thesis is to develop an IGBT and diode model to achieve both accuratetransient behavior and fast simulation time during single pulse switchingtest circuit for the 4:5 kV and 2:0 kA StakPakTM IGBT module. A gate unitwhich resembles the ABB gate unit is implemented to obtain a good agreementbetween simulation and measurement. For demonstration and verication, theIGBT/diode model is applied in a simplied arm simulation of full scale ABBGeneration 4 HVDC-VSC converter station and capable of a half cell consistingof 8 series-connected IGBTs and their anti-paralleled diodes. The arm simulationresults are analyzed further for converter station EMC studies.Convergence issue is the most important problem in the whole process of modelimplementation and application. To guarantee the convergence in simulationsome characteristics such as the tail voltage at the end of turn-o is disregarded.But overall, the model is validated and adopted successfully. / En IGBT-/diodmodell med mer exakta egenskaper an en enkel switch kravs foratt hantera EMC-problem fran omvandlarventilen. Syftet med denna magisteruppsatsar att utveckla en IGBT- och diodmodell for att uppna bade noggrantovergaende beteende och snabb simuleringstid under enkelpulsomkopplingstestkretsfor 4,5 kV och 2,0 kA-StakPak IGBT-modulen. En grindenhetsom liknar ABB-grindenheten implementeras for att fa god overensstammelsemellan simulering och matning. For demonstration och veriering, tillampasIGBT-/diodmodellen i en forenklad armsimulering av en fullskalig ABB Generation4 HVDC-VSC-omvandlarstation och med kapacitet for en halvcell bestaendeav 8 seriekopplade IGBT och deras anti-parallellkopplade dioder. Resultatenfran armsimuleringen analyseras vidare for EMC-studier av omvandlarstationen.Konvergensfragan ar det viktigaste problemet i hela processen for modellimplementeringoch -tillampning. For att garantera konvergensen i simulering ignorerasvissa egenskaper sasom svansspanningen vid slutet av avstangning. Mentotalt sett, valideras och antas modellen framgangsrikt.

The purpose of this master thesis was to create a model of an IGBT in a single pulse test circuit and connect this model to a model of a Gate Unit. The IGBT model and the single pulse test circuit were both implemented in MATLAB and the Gate Unit was implemented in Simulink. The purpose of this model was to test the actions of the gate unit, so that the initial tuning could be done before going to the lab. Since no tests were performed in the lab, it was not possible to see how much of the testing that could have been done by simulations. However, the actions of the IGBT model much resembled the actions of the real component, even though some drawbacks were clear, such as the lack of tail current and tail voltage. These comparisons could be made between simulated characteristics and recordings from a previous test with the same component.

All DC/DC converter products include power electronic circuits for power conversion.It is important to find an efficient way for power conversion to reduce power losses and reduce the need for cooling and achieve environmentally friendly solutions.The use of semiconductor switches of wide band gap type is a solution to the problem.Therefore, the investigation of the SiC MOSFET in DC/DC converters is of crucial importance for the reduction of power losses.The thesis investigates the SiC MOSFET in three different tests.The efficiency test, the temperature test and the double pulse test.In the efficiency, the MOSFET STC3080KR and NTH4L022N120M3S are compared with their respective simulation made on PLECS.While in the temperature test the STC3080KR is investigated at different frequencies.In Double Pulse Test the MOSFET STC3080KR with 4-pin (TO-247 4L) package is compared with the MOSFET SCT3080KLHRC11 with 3-pin package (TO-247 N).The efficiency test shows that the MOSFET SCT3080KR in the practical test gives an efficiency in the range of 96,5-96,1% at 110kHz, 96-95,4% at 150kHz and 95,8-94,2% at 180kHz.While, the NTH4L022N120M3S gives an efficiency in the range of 98,1-97,1% at 110kHz, 96,3-96,2% at 150kHz and 96,1-95,5% at 180kHz.The efficiency given by the simulation is higher than the actual efficiency for both MOSFETs.However, the shape of the curves in the practical part matches the simulated one.The efficiency is not the same since the simulation do not consider all the losses present in the practical part.The temperature test shows that the temperature for the high side and low side increases when the frequency and the load current increases.However, some results show that when the load current increases at some point the low-side MOSFET will reach the temperature of the high-sided MOSFET and at the end it will exceed its value. This is due to the increment of the conduction losses since the low side MOSFET is basically the body diode incorporated in the MOSFET.Finally, the Double Pulse Test shows that the TO-247 N (3-pin) package switches with less source inductance compared to the TO-247 4L (4-pin) package.Therefore, the MOSFET SCT3080KLHRC11 (TO-247 N package) needs more time during the switching and which means that the switching power losses will be higher in comparison to the SCT3080KR as shown in Table 5.2 and Table 5.1. / Alla DC/DC-omvandlarprodukter inkluderar kraftelektroniska kretsar för effektomvandling. Detta gör att det är viktigt att hitta ett effektivt sätt för effektomvandlingen för att minska effektförlusterna och minska behovet av kylning och uppnå miljövänliga lösningar.Användningen av halvledaromkopplare med ett stort bandgap är en lösning på problemet.Därför är undersökningen av SiC MOSFET i DC/DC-omvandlare av avgörande betydelse för att minska effektförlusterna. Detta examensarbete undersöker SiC MOSFET i tre olika tester vilket är; Effektivitetstestet, temperaturen testet och double pulse testet.I effektivitets testet jämförs MOSFET STC3080KR och NTH4L022N120M3S med deras respektive simulering gjorda på PLECS.Medan i temperaturtestet undersöks STC3080KR vid olika frekvenser.I double pulse testet jämförs MOSFET STC3080KR med ett 4-stifts (TO-247 4L)-paket med MOSFET SCT3080KLHRC11 med ett 3-stiftspaket (TO-247 N).Effektivitetstestet visar att MOSFET SCT3080KR i det praktiska testet ger en verkningsgrad i intervallen 96,5-96,1% vid 110kHz, 96-95,4% vid 150kHz och 95,8-94,2% och vid 180kHz.Medan NTH4L022N120M3S visar en effektivitet i intervallet av 98,1-97,1% vid 110kHz, 96,3-96,2% vid 150kHz och 96,1-95,5% vid 180kHz.Verkningsgraden som ges av simuleringen är högre än den praktiska för båda MOSFET:erna.Formen på kurvorna i den praktiska delen matchar den simulerade.Verkningsgraden är inte densamma eftersom simuleringen inte tar hänsyn till alla förluster som finns i den praktiska delen.Temperaturtestet visar att temperaturen för den höga sidan och lågsidan ökar när frekvensen och belastningsströmmen ökar.Vissa resultat visar att när belastningsströmmen ökar lågsidans MOSFET når temperaturen hos den högsidiga MOSFET:en och i slutet kommer den att överstiga dess värde.Detta beror på ökningen av ledningsförlusterna eftersom MOSFET på lågsidan i grunden är kroppsdioden som ingår i MOSFET.Slutligen, visar double pulse testet att TO-247 N (3-stifts)-paketet växlar med mindre källinduktans jämfört med till TO-247 4L (4-stifts)-paketet.Därför behöver MOSFET SCT3080KLHRC11 (TO-247 N-paket) mer tid under växlingen och därför blir växlingseffektförlusterna högre jämfört med SCT3080KR, detta visas i Tabell 5.2 och Tabell 5.1.

Silicon Carbide as a wide-bandgap semiconductor has several physical and electrical advantages over Silicon for high voltage and high frequency applications. SiC as a MOSFET device has a lot of great characteristics like lower on-resistance and low input capacitances. However, due to its high switching capabilities, SiC MOSFET-based converter circuits experience higher dv/dt and di/dt transients and are therefore more susceptible to parasitic elements. This thesis investigates the interaction of the parasitic gate inductance and resistance on the switching behaviour of SiC DMOSFET (planar) and UMOSFET (trench). To examine this, a double pulse test (DPT) setup was utilised both in simulation and experimentally. The influence of the gate inductance and resistance on the oscillation behaviour in the VGS during the miller period was found to be dependent on the condition of the upper device. Furthermore, the upper device was discovered to have a high impact on the oscillations in the VGS via its source inductance. The gate inductance showed a mixed impact on IDS and VDS overshoot, with IDS overshoot reducing with increasing gate inductance and the reverse case for VDS. The gate resistance, however, showed a consistent impact on both IDS and VDS overshoot, with both reducing with increasing gate resistance. These results ultimately point to the impact of di/dt and dv/dt transients. An interesting result observed on these root causes showed that in the DPT arrangement used, lower test current levels may have a more significant impact on the oscillations in the VGS than higher test current when varying the test currents, with 20 A having the highest impact on the oscillations in simulations and 15 A having the highest impact in experimental verification. On the switching energy, the gate inductance was not shown to have a significant impact on switching losses while the gate resistance had a much more significant impact on the switching losses. / Kiselkarbid som halvledare med brett bandgap har flera fysiska och elektriska fördelar jämfört med kisel för högspännings- och högfrekvensapplikationer. SiC som en MOSFET-enhet har många fantastiska egenskaper som lägre resistans och låga ingångskapacitanser. Men på grund av dess höga omkopplingsförmåga upplever SiC MOSFET-baserade omvandlarkretsar högre dv/dt och di/dt transienter och är därför mer mottagliga för parasitiska element. Denna avhandling undersöker interaktionen mellan gate-drivkretsens parasitära induktans och resistans på kopplingsbeteendet på SiC DMOSFET (plan) och UMOSFET (trench). För att undersöka detta användes en dubbelpulstest (DPT) mätuppställning både i simulering och experimentellt. Inverkan av grindinduktansen och motståndet på svängningsbeteendet i VGS under Millerperioden visade sig vara beroende av den övre anordningens tillstånd. Vidare upptäcktes att den övre anordningen hade en hög inverkan på svängningarna i VGS via dess parasitiska induktans. Gate-induktansen visade en blandad inverkan på IDS- och VDS-översvängning, med IDS-översvängning som minskade med ökande gateinduktans och det omvända fallet för VDS. Gatemotståndet visade dock en konsekvent inverkan på både IDS- och VDS-överskridningar, med båda minskande med ökande gatemotstånd. Dessa resultat pekar slutligen på inverkan av di/dt- och dv/dt-transienter. Ett intressant resultat som observerats på dessa grundorsaker visade att i det använda DPT-arrangemanget kan lägre testströmnivåer ha mer signifikant inverkan på svängningarna i VGS än högre testström vid variation av testströmmarna, med 20 A som har den högsta inverkan på svängningarna i simuleringar och 15 A som har störst effekt vid experimentell verifiering. På omkopplingsenergin visades inte grindinduktansen ha någon signifikant inverkan på omkopplingsförlusterna medan grindresistansen hade mycket mer betydande inverkan på omkopplingsförlusterna.