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Date
2021Author
Pappis, DouglasSubject
600 Technology 660 Chemical engineering KurzschlussLeistungshalbleiterWide-gap-HalbleiterIGBTSiliciumcarbidMOS-FETGalliumnitridHEMTMetadata
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Buch
Short Circuit Requirements of Power Converters based upon Wide-Bandgap Semiconductors
Abstract
In power electronics designs, the evaluation and prediction of potential fault conditions on semiconductors is essential for achieving safe operation and reliability, being short circuit (SC) one of the most probable and destructive among the failures. It can occur externally to the power converter by shortening the load, or internally due to failures on galvanic isolations, stress on passive components, or even in the power semiconductors themselves. Silicon (Si) based power semiconductors have been extensively investigated with regards to their SC capability, although there is still on-going research as their design is being pushed closer to theoretical limits. Recent improvements on Wide-Bandgap (WBG) semiconductors such as Silicon Carbide (SiC) and Gallium nitrite (GaN) enable power electronic designs with outstanding performance, reshaping the power electronics landscape. In comparison to Si, SiC and GaN power semiconductors physically present smaller chip areas, higher maximum internal electric fields, and higher current densities. Such characteristics yield a much faster rise of the devices internal temperatures, worsening their SC performance if compared to Si.
Die Bewertung und Vorhersage potenzieller Fehlerbedingungen an
Leistungshalbleitern in Leistungselektronik-Designs ist unerlässlich, um einen
sicheren Betrieb und Zuverlässigkeit zu erreichen. Einer der wahrscheinlichsten und zerstörerischen Fehler ist Kurzschluss (SC), da es extern am Leistungswandler durch einen Last-Kurzschluss, oder intern durch Ausfälle an galvanischen Trennungen, Belastung passiver Komponenten oder sogar in den Leistungshalbleitern selbst auftreten kann. Auf diese Weise ist es sehr wichtig zu verstehen, wie sich solche Bauelementen unter Kurzschlussbedingungen verhalten, um die Folgen dieser Ereignisse vollständig bewerten zu können. Leistungshalbleiter auf Silizium (Si)-Basis wurden im Hinblick auf ihre Kurzschlussfähigkeit eingehend untersucht, obwohl noch immer Forschungen betrieben werden, da ihr Design näher an die theoretischen Grenzen stößt. Seit einigen Jahren spielen Wide Band Gap (WBG)-Halbleiterbauelemente eine steigende Rolle für die Leistungselektronik. Insbesondere, weil solche Materialen eine hohe Durchbruchsfeldstärken aufgrund ihrer breiteren Bandlücken haben, die in Kombination mit vielversprechenden Wärmeeigenschaften, verheißen Vorteile für die Anwendung, wenn sie mit reinem Silizium basiert Halbleiter verglichen sind. Von daher die letzten Verbesserungen bei WBG Halbleitern wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) ermöglichen leistungselektronische Designs mit herausragender Performance, und formen die Leistungselektroniklandschaft neu.
Leistungshalbleitern in Leistungselektronik-Designs ist unerlässlich, um einen
sicheren Betrieb und Zuverlässigkeit zu erreichen. Einer der wahrscheinlichsten und zerstörerischen Fehler ist Kurzschluss (SC), da es extern am Leistungswandler durch einen Last-Kurzschluss, oder intern durch Ausfälle an galvanischen Trennungen, Belastung passiver Komponenten oder sogar in den Leistungshalbleitern selbst auftreten kann. Auf diese Weise ist es sehr wichtig zu verstehen, wie sich solche Bauelementen unter Kurzschlussbedingungen verhalten, um die Folgen dieser Ereignisse vollständig bewerten zu können. Leistungshalbleiter auf Silizium (Si)-Basis wurden im Hinblick auf ihre Kurzschlussfähigkeit eingehend untersucht, obwohl noch immer Forschungen betrieben werden, da ihr Design näher an die theoretischen Grenzen stößt. Seit einigen Jahren spielen Wide Band Gap (WBG)-Halbleiterbauelemente eine steigende Rolle für die Leistungselektronik. Insbesondere, weil solche Materialen eine hohe Durchbruchsfeldstärken aufgrund ihrer breiteren Bandlücken haben, die in Kombination mit vielversprechenden Wärmeeigenschaften, verheißen Vorteile für die Anwendung, wenn sie mit reinem Silizium basiert Halbleiter verglichen sind. Von daher die letzten Verbesserungen bei WBG Halbleitern wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) ermöglichen leistungselektronische Designs mit herausragender Performance, und formen die Leistungselektroniklandschaft neu.
Additional Information
Zugleich: Universität Kassel, Dissertation, 2020Druckausgabe
Link zu kassel university pressCitation
@book{doi:10.17170/kobra-202108024467,
author={Pappis, Douglas},
title={Short Circuit Requirements of Power Converters based upon Wide-Bandgap Semiconductors},
publisher={kassel university press},
year={2021}
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2021-10-15T15:04:44Z 2021-10-15T15:04:44Z 2021 doi:10.17170/kobra-202108024467 http://hdl.handle.net/123456789/13296 Zugleich: Universität Kassel, Dissertation, 2020 eng kassel university press Namensnennung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/ power semiconductors short circuit IGBT SiC MOSFET GaN HEMT 600 660 Short Circuit Requirements of Power Converters based upon Wide-Bandgap Semiconductors Buch In power electronics designs, the evaluation and prediction of potential fault conditions on semiconductors is essential for achieving safe operation and reliability, being short circuit (SC) one of the most probable and destructive among the failures. It can occur externally to the power converter by shortening the load, or internally due to failures on galvanic isolations, stress on passive components, or even in the power semiconductors themselves. Silicon (Si) based power semiconductors have been extensively investigated with regards to their SC capability, although there is still on-going research as their design is being pushed closer to theoretical limits. Recent improvements on Wide-Bandgap (WBG) semiconductors such as Silicon Carbide (SiC) and Gallium nitrite (GaN) enable power electronic designs with outstanding performance, reshaping the power electronics landscape. In comparison to Si, SiC and GaN power semiconductors physically present smaller chip areas, higher maximum internal electric fields, and higher current densities. Such characteristics yield a much faster rise of the devices internal temperatures, worsening their SC performance if compared to Si. Die Bewertung und Vorhersage potenzieller Fehlerbedingungen an Leistungshalbleitern in Leistungselektronik-Designs ist unerlässlich, um einen sicheren Betrieb und Zuverlässigkeit zu erreichen. Einer der wahrscheinlichsten und zerstörerischen Fehler ist Kurzschluss (SC), da es extern am Leistungswandler durch einen Last-Kurzschluss, oder intern durch Ausfälle an galvanischen Trennungen, Belastung passiver Komponenten oder sogar in den Leistungshalbleitern selbst auftreten kann. Auf diese Weise ist es sehr wichtig zu verstehen, wie sich solche Bauelementen unter Kurzschlussbedingungen verhalten, um die Folgen dieser Ereignisse vollständig bewerten zu können. Leistungshalbleiter auf Silizium (Si)-Basis wurden im Hinblick auf ihre Kurzschlussfähigkeit eingehend untersucht, obwohl noch immer Forschungen betrieben werden, da ihr Design näher an die theoretischen Grenzen stößt. Seit einigen Jahren spielen Wide Band Gap (WBG)-Halbleiterbauelemente eine steigende Rolle für die Leistungselektronik. Insbesondere, weil solche Materialen eine hohe Durchbruchsfeldstärken aufgrund ihrer breiteren Bandlücken haben, die in Kombination mit vielversprechenden Wärmeeigenschaften, verheißen Vorteile für die Anwendung, wenn sie mit reinem Silizium basiert Halbleiter verglichen sind. Von daher die letzten Verbesserungen bei WBG Halbleitern wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) ermöglichen leistungselektronische Designs mit herausragender Performance, und formen die Leistungselektroniklandschaft neu. open access Pappis, Douglas 2020-09-01 xiv, 249 Seiten Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Elektrotechnik / Informatik Zacharias, Peter (Prof. Dr.) Bakran, Mark-Matthias (Prof. Dr.) Kassel 978-3-7376-0977-7 Kurzschluss Leistungshalbleiter Wide-gap-Halbleiter IGBT Siliciumcarbid MOS-FET Galliumnitrid HEMT publishedVersion Elektrische Energiesysteme Band 20 true https://www.genialokal.de/Produkt/Douglas-Pappis/Short-Circuit-Requirements-of-Power-Converters-based-upon-Wide-Bandgap-Semiconductors_lid_46209827.html 39,00 Elektrische Energiesysteme Naturwissenschaft, Technik, Informatik, Medizin Dissertation FB 16 / Elektrotechnik / Informatik Softcover DIN A5 true
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