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Weiterentwicklung eines Simulationsmodells für HV-SiC-MOSFET-Module

Title data

Frank, Michael:
Weiterentwicklung eines Simulationsmodells für HV-SiC-MOSFET-Module.
Bayreuth , 2021
(Master's, 2021, Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Lehrstuhl Mechatronik)

Abstract in another language

Mit der Weiterentwicklung der Prozesstechnologie von Siliziumkarbid (SiC)-MOSFETs sind diese zunehmend für den Gebrauch in höheren Spannungsklassen geeignet, womit sie Anwendung bei Schienenfahrzeugen sowie der Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) finden.
Im Rahmen dieser Masterarbeit werden, basierend auf den physikalischen Grundlagen und dem Funktionsprinzip des MOSFETs, aus einem bestehenden Simulationsmodell zwei Simulationsmodelle für SiC-MOSFET-Module der 3,3kV-Spannungsklasse entwickelt. Das Modul des ersten Herstellers besitzt antiparallel geschaltete Schottky-Dioden, während das Modul des zweiten Herstellers zur Rückwärtsleistung lediglich die interne Body-Diode verwendet.Das Simulationsmodell wird in PLECS implementiert, einem Leistungselektronik-Simulationsprogramm auf Schaltungsebene. Die Funktionsweise und erforderliche Paramentierung des Modells werden ausführlich behandelt, sodass eine Übertragung auf weitere MOSFETs leicht möglich ist. Die Vorzüge des vorgestellten Simulationsmodells liegen darin, dass es sich um ein Modell auf Modulebene handelt, dass sowohl Module mit als auch solche ohne parallele Schattky-Dioden modelliert werden können und in der Berücksichtigung verschiedener parasitärer Effekte. Die Güte beider MOSFET-Modelle wird anhand von Vergleichen von simulierten und gemessenen Schaltvorgängen in jeweils mehreren Arbeitspunkten validiert.

Abstract in another language

With further enhancements of the silicon carbide MOSFET process technology, silicon carbide (SiC) MOSFETs become increasingly suitable for higher voltage classes and are thus applied in rail vehicles as well as in high-voltage direct current transmission.
In this master´s thesis, based on its physical foundations and the functional principle of the MOSFET, two simulation models for SiC MOSFET modules of the 3.3kV voltage class are developed out of an existing simulation model. The first module uses antiparallel connected Schotky barrier diodes, whereas the second module uses only the internal body diode for reverse conduction. The simulation model is developed in PLECS, which is a simulation tool for power electronics circuits and systems. The mode of operation as well as the necessary parametrization of the model are discussed elaborately. Thus, a transfer of the principles to further MOSFETs is well possible. The advantages of the presented simulation model are that it is a model on module level, that both modules with and without Schottky barrier diodes can be modelled and that several parasitic effects are considered. The quality of both MOSFET models is validated with comparisons of simulated and measured switching operations in several operating points.

Further data

Item Type: Master's, Magister, Diploma, or Admission thesis (Master's)
Institutions of the University: Faculties > Faculty of Engineering Science
Faculties > Faculty of Engineering Science > Chair Mechatronics
Profile Fields > Advanced Fields > Advanced Materials
Profile Fields > Emerging Fields > Energy Research and Energy Technology
Research Institutions > Affiliated Institutes > TechnologieAllianzOberfranken (TAO)
Result of work at the UBT: Yes
DDC Subjects: 600 Technology, medicine, applied sciences > 620 Engineering
Date Deposited: 25 May 2021 07:24
Last Modified: 25 May 2021 07:30
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/65286