Comparison and evaluation of narrow cell pitch IGBT in inverter application
Lehto, Antti (2023)
Diplomityö
2023
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023032733267
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023032733267
Tiivistelmä
The objective of this thesis was to evaluate and compare a 7th generation narrow cell pitch IGBT to a traditional 7th generation IGBT. Narrow cell pitch IGBTs are being used in Intelligent Power Modules that integrate the necessary semiconductors, drivers and usually the current measurement into a single package. Value proposition is that the narrow cell pitch IGBT will have lower losses, but it sacrifices on short circuit withstand.
The theory part of this thesis focuses on the IGBT behaviour, development curve and differences of the narrow cell pitch IGBT. Theory of the industry standard double pulse measurement is presented.
Comparable samples were produced, and double pulse measurements were done to evaluate the differences. Short circuit measurements were also done to get an insight of the behaviour under short circuit. According to double pulse measurements and manufacturer data, simulations about the expected performance in inverter application were done.
Conclusion was that there is gain in performance with the narrow cell pitch IGBT. For more detailed values than presented in this thesis, remeasuring should be done with optimized driver circuits. Tämän työn tavoitteena oli vertailla ja arvioida 7. generaation kapean soluleveyden IGBT:tä perinteiseen 7. generaation IGBT:hen. Kapean soluleveyden IGBT:tä käytetään ns. ”Intelligent Power Moduleissa”, joissa tarvittavat puolijohteet, ohjauspiirit sekä virranmittaus ovat integroituna samaan koteloon / laitteeseen. Kapean soluleveyden IGBT:n esitetyt hyödyt ovat pienemmät häviöt, mutta haittana on heikentynyt oikosulkukestoisuus.
Työn teoriaosuus keskittyy IGBT:n käyttäytymiseen, kehityskaareen sekä kapean soluleveydellisen IGBT:n eroihin. Teoriaosuus esittää myös alan standardina pidetyn tuplapulssimittauksen.
Vertailukelpoiset kappaleet valmistettiin, ja näiden eroja arvioitiin tuplapulssimittauksella. Myös alustavat oikosulkumittaukset tehtiin, jotta saatiin käsitys laitteiden oikosulkukäyttäytymisestä. Suorituskykysimuloinnit tehtiin invertterikäytölle. Tähän käytettiin hyväksi tuplapulssimittauksista, sekä valmistajalta saatua dataa.
Työn lopputulema oli, että kapean soluleveyden IGBT:llä on saavutettavissa hyöty suorituskyvyssä. Mikäli tarkempia arvoja tarvitaan kuin mitä tässä työssä on esitetty, tulisi mittaukset tehdä uudelleen optimoidummalla ohjauspiirillä.
The theory part of this thesis focuses on the IGBT behaviour, development curve and differences of the narrow cell pitch IGBT. Theory of the industry standard double pulse measurement is presented.
Comparable samples were produced, and double pulse measurements were done to evaluate the differences. Short circuit measurements were also done to get an insight of the behaviour under short circuit. According to double pulse measurements and manufacturer data, simulations about the expected performance in inverter application were done.
Conclusion was that there is gain in performance with the narrow cell pitch IGBT. For more detailed values than presented in this thesis, remeasuring should be done with optimized driver circuits.
Työn teoriaosuus keskittyy IGBT:n käyttäytymiseen, kehityskaareen sekä kapean soluleveydellisen IGBT:n eroihin. Teoriaosuus esittää myös alan standardina pidetyn tuplapulssimittauksen.
Vertailukelpoiset kappaleet valmistettiin, ja näiden eroja arvioitiin tuplapulssimittauksella. Myös alustavat oikosulkumittaukset tehtiin, jotta saatiin käsitys laitteiden oikosulkukäyttäytymisestä. Suorituskykysimuloinnit tehtiin invertterikäytölle. Tähän käytettiin hyväksi tuplapulssimittauksista, sekä valmistajalta saatua dataa.
Työn lopputulema oli, että kapean soluleveyden IGBT:llä on saavutettavissa hyöty suorituskyvyssä. Mikäli tarkempia arvoja tarvitaan kuin mitä tässä työssä on esitetty, tulisi mittaukset tehdä uudelleen optimoidummalla ohjauspiirillä.