Eintrag in der Universitätsbibliographie der TU Chemnitz
Volltext zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-995264
Liu, Xing
Basler, Thomas (Prof. Dr.); Eckel, Hans-Günter (Prof. Dr.-Ing.)
External and Internal Factors Influencing the Short Circuit of IGBTs and SiC-MOSFETs
Kurzfassung in deutsch
Diese Arbeit untersucht das anwendungsrelevante Kurzschlussverhalten vom Typ II und III von diskreten Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBTs) und Silizium-Carbids-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (SiC-MOSFETs). Im Gegensatz zum gut untersuchten Kurzschluss Typ I, der durch eine einfache Überlastung des Halbleitermaterials gekennzeichnet ist, umfassen die Kurzschluss-Typen II und III komplexe dynamische Prozesse, die ein tieferes Verständnis der physikalischen Vorgänge erfordern. Externe Einflussfaktoren wie das Design des Gate-Treibers, der Gate-Widerstand, die Parasiten im Package und die magnetische Kopplung werden experimentell analysiert, um ihre Rolle bei der Induktion von Gate-Spannungsüberschwingungen, Stromspitzen und induzierten Überspannungen aufzuklären.Intern zeigen Technologie-Computer-Aided-Design-(TCAD)-Simulationen den Plasma-Effekt in IGBTs, der die Dynamik der Stromspitzen, die Abklingrate und das Risiko von Self-turn-Off signifikant beeinflusst. Darüber hinaus wird ein neuer Mechanismus der channel potential modification-induced displacement current (CPiC) als Beitrag zur Gate-Spannungsüberschwingung eingeführt, der den klassischen Miller-Effekt ergänzt. Der Kurzschluss Typ III führt Wechselwirkungen zwischen IGBTs und Dioden ein, die zu einer komplexen Dynamik des Kurzschlussverhaltens führen. Darüber hinaus werden Plasma-Effekte in Hochspannungs-SiG-MOSFETs unter Kurzschluss Typ III zum ersten Mal gezeigt, mit Auswirkungen auf die Optimierung der Totzeit und der Gate-Vorspannung. Insgesamt bietet diese Dissertation neue Einblicke in die Physik von Kurzschlüssen und schlägt Methoden vor, um die Robustheit von IGBTs und SÌC-MOSFETs in anspruchsvollen Anwendungen zu verbessern.
Kurzfassung in englisch
This work investigates the application-relevant short-circuit type II and III behaviours of discrete IGBTs and SiC-MOSFETs. Unlike the well-studied SC I, SC II and III involve complex dynamic processes, requiring a deeper physical understanding. External influencing factors such as gate driver design, gate resistance, package parasitics, and magnetic coupling are analysed experimentally, revealing their role in shaping gate voltage overshoot, current peaks, and induced overvoltages.Internally, TCAD simulations highlight the plasma effect in IGBTs, which significantly impacts current peak, decay dynamics, and self-turn-off risks. Additionally, a novel channel potential modification-induced displacement current (CPiC) mechanism is introduced as a contributor to gate voltage overshoot, complementing the classical Miller effect. The SC type III introduces IGBT-diode interactions. Moreover, plasma effects in high-voltage SiC-MOSFETs under SC III are shown for the first time, with implications for dead time and gate bias optimisation. Overall, this dissertation provides new insights into short-circuit physics and suggests methods to improve the ruggedness of IGBTs and SiC-MOSFETs in demanding applications.
| Universität: | Technische Universität Chemnitz | |
| Institut: | Professur Leistungselektronik | |
| Fakultät: | Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik | |
| Dokumentart: | Dissertation | |
| Betreuer: | Basler, Thomas (Prof. Dr.) | |
| ISBN/ISSN: | 978-3-96100-289-4 | |
| DOI: | doi:10.51382/978-3-96100-290-0 | |
| URL/URN: | https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-995264 | |
| Quelle: | Chemnitz : Universitätsverlag Chemnitz, 2025. - 232 S. | |
| SWD-Schlagwörter: | Kurzschluss , IGBT , MOS-FET , Halbleiterbauelement | |
| Freie Schlagwörter (Deutsch): | SiC-MOSFET | |
| Freie Schlagwörter (Englisch): | Short circuit , IGBT , SiC-MOSFETs , Semiconductor devices | |
| DDC-Sachgruppe: | Ingenieurwissenschaften | |
| Sprache: | englisch | |
| Tag der mündlichen Prüfung | 29.09.2025 | |
| OA-Lizenz | CC BY 4.0 |
