Accelerated endurance testing of discrete SiC MOSFETs
Lintunen, Anssi (2023)
Diplomityö
2023
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20231204151197
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20231204151197
Tiivistelmä
Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää lämpötilamuutosten vaikutusta kiihdytetyssä kestotestissä piikarbidikanavatransistoreissa. Koeasetelman hilaohjaimen ongelmien myötä työn tulokset painottuivat koeasetelman kehitykseen.
Työssä pureuduttiin piikarbidikanavatransistoreiden vikaantumismekanismiin, häviöiden laskemiseen sekä komponentin kunnon seurantametodeihin. Työn aikana myös rakennettiin kokeelliseen osuuteen vaadittava koeasetelma. Laskettujen tehohäviöiden perusteella työssä laskettiin sopiva jäähdytyselementti sekä arvioitiin sykliaika.
Koeasetelman rakentamisen aikana sekä kokeellisen osuuden alussa kerättiin kehityskohteita. jotka esitellään työn parannukset -kappaleessa. Kokeellisessa osiossa voitiin todeta, että sykliajan arviointi onnistui. Ero lasketussa ja mitatussa lämpenemisajassa oli yksi sekunti ja viilennysajassa 16 sekuntia, koko sykliajan ollessa noin kahdeksan minuuttia.
Työssä tarkoituksena oli myös etsiä sopiva kytkentä mittaamaan johtumistilan lähteen ja nielun välistä jännitettä. Kytkentä onnistuttiin löytämään sekä simuloinnilla tukemaan sen valintaa. Työssä muodostettiin myös ohjausprofiili DC-DC puolen komponenttien testaamiseen. Simuloinnin perusteella komponenttien johtumis- ja kytkentähäviöt olivat oikeaa suuruusluokkaa. The aim of this thesis was to study the temperature swing effect in an accelerated endurance test with SiC MOSFET. Due to a gate driver issue, the scope was changed to improving the test setup.
In the thesis SiC MOSFETs’ common failure mechanisms, loss calculations, and device health monitoring was studied. A test setup for the experimental part was assembled during the thesis. A heat sink for the test setup was designed based on loss calculations. Also, the cycle times were estimated in the calculations.
Minor weaknesses of the setup were noted during assembling the test setup and in the initial tests. Weaknesses were analysed and improvement suggestions were presented. The initial test confirmed that the cycle time estimation was successful, the difference between calculated and measured heating time was 1 second and 16 seconds in cooling time. The cycle time was about 8 minutes.
Major improvements suggested in this thesis were drawing schematic for drain-source voltage online measurement and designing a test profile for DC-DC side. The test profile was simulated, and the results were promising.
Työssä pureuduttiin piikarbidikanavatransistoreiden vikaantumismekanismiin, häviöiden laskemiseen sekä komponentin kunnon seurantametodeihin. Työn aikana myös rakennettiin kokeelliseen osuuteen vaadittava koeasetelma. Laskettujen tehohäviöiden perusteella työssä laskettiin sopiva jäähdytyselementti sekä arvioitiin sykliaika.
Koeasetelman rakentamisen aikana sekä kokeellisen osuuden alussa kerättiin kehityskohteita. jotka esitellään työn parannukset -kappaleessa. Kokeellisessa osiossa voitiin todeta, että sykliajan arviointi onnistui. Ero lasketussa ja mitatussa lämpenemisajassa oli yksi sekunti ja viilennysajassa 16 sekuntia, koko sykliajan ollessa noin kahdeksan minuuttia.
Työssä tarkoituksena oli myös etsiä sopiva kytkentä mittaamaan johtumistilan lähteen ja nielun välistä jännitettä. Kytkentä onnistuttiin löytämään sekä simuloinnilla tukemaan sen valintaa. Työssä muodostettiin myös ohjausprofiili DC-DC puolen komponenttien testaamiseen. Simuloinnin perusteella komponenttien johtumis- ja kytkentähäviöt olivat oikeaa suuruusluokkaa.
In the thesis SiC MOSFETs’ common failure mechanisms, loss calculations, and device health monitoring was studied. A test setup for the experimental part was assembled during the thesis. A heat sink for the test setup was designed based on loss calculations. Also, the cycle times were estimated in the calculations.
Minor weaknesses of the setup were noted during assembling the test setup and in the initial tests. Weaknesses were analysed and improvement suggestions were presented. The initial test confirmed that the cycle time estimation was successful, the difference between calculated and measured heating time was 1 second and 16 seconds in cooling time. The cycle time was about 8 minutes.
Major improvements suggested in this thesis were drawing schematic for drain-source voltage online measurement and designing a test profile for DC-DC side. The test profile was simulated, and the results were promising.