Silisyum karbür mosfet'ler için kontrollü aktif kapı sürücü tasarımı
Controlled active gate driver design for silicon carbide mosfets
- Tez No: 723015
- Danışmanlar: DOÇ. DR. DİNÇER GÖKCEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 133
Özet
Bu tez çalışmasında SiC MOSFET'in güç elektroniği uygulamalarında kullanımı sırasında malzeme özelliklerinden dolayı sistem üzerinde oluşturduğu EMG, gerilim aşımı ve akım/gerilim üzerinde görülen osilasyonların, ısıl gereksinimler dikkate alınarak çözümüne yönelik kapı sürücü tasarım tekniği kapsamında yer alan aktif sürüş konsepti üzerine bir yaklaşım sunulmuştur. SiC MOSFET'in frekansının, hızının, ısıl iletkenliğinin yüksek oluşu ve küçük paket yapısı, anahtarlama sırasında parazitik indüktans ve kapasitansların olumsuz etkisiyle veriminin düşmesine sebep olur. Bu durum, devre tasarımında meydana gelen parazitiklerin etkisinin artmasına ve buna bağlı olarak elektromanyetik kirlilik artışına yol açar. Parazitiklerin optimize edilemediği tasarımlarda da transistörün kırılımına varıncaya kadar kötü sonuçlar oluşur. SiC MOSFET kullanım zorluklarının çözümüne yönelik tasarlanan aktif kapı sürücü baskı devre kartı sayesinde teknik çözüm gerçekleştirilmiş olup, düşük dirençle sürüşe göre ihmal edilebilir anahtarlama kaybı artışıyla deneysel çalışmalarda verimli sonuçlar elde edilmiştir. Ayrıca belirtilen parazitik indüktans ve kapasitansların olumsuz etkisine yönelik hızlı, etkin kısa devre ve yüksek gerilim koruması ihtiyacı oluşmaktadır. ii Desaturasyon ve aktif kırpıcı koruma tekniklerine SiC MOSFET özelinde sistematik bir yaklaşımla tasarım gerçekleştirilmiştir. Kısa devre koruması için kısa sürede aktifleşebilen, yüksek gerilim koruması için ise uygulama özelinde verimi artıracak konsept tasarımlar sunulmuş ve deneysel çalışmalarla etkinliği gösterilmiştir. Aktif kapı sürücünün kapı akımı kontrolünü sağlayan karşılaştırıcı bölümleri için ise sistematik olarak CMOS tasarımı oluşturulmuştur. Aktif kapı sürücü kartında ilerleyen süreçte kullanımı amaçlanan CMOS tasarımın tez içerisinde simülasyonu ve serimi gerçekleştirilmiştir. Tüm tez kapsamında, SiC MOSFET için aktif kapı sürücü konseptinin baskı devre kart (BDK) tasarımına, kısa devre ve yüksek gerilim koruma yapı tasarımlarına ve aynı zamanda aktif sürücü konseptinin kapı akımı kontrol bölümünün oluşturulduğu CMOS tabanlı uygulamaya özel entegre devre (ASIC) tasarımına yer verilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, an approach is presented on the active driving concept as a gate driver design technique to provide solutions for EMI, overvoltage overshoot, oscillations on current/voltage, considering the thermal requirements that occur in the system due to material properties during the use of SiC MOSFET in power electronics applications. The high frequency, speed, thermal conductivity, and small package structure of SiC MOSFET cause a decrease in efficiency due to the adverse effects of parasitic inductances and capacitances during switching transient. This situation leads to an increase in the effect of parasitics occuring in the circuit design and, accordingly, an increase in electromagnetic pollution. In designs where parasitics can not be optimized, it may appear with adverse results, up to the breakdown of the transistor. The technical solution has been presented thanks to the active gate driver printed circuit board designed to solve the SiC MOSFET usage difficulties, and efficient results have been obtained in experimental studies with negligible switching loss increase compared to driving with low gate resistance. In addition, there is a need for fast and effective short circuit and high voltage protection against the negative effects of the specified parasitic iv inductances and capacitances. Desaturation and active clamping protection techniques were designed with a systematic approach specific to SiC MOSFET. Concept designs that can be activated in a short time for short circuit protection and increase efficiency for high voltage protection are presented and their effectiveness has been demonstrated with experimental studies. A CMOS design has been systematically created for the comparator sections of the active gate driver that provide gate current control. The simulation and layout of the CMOS design, which is aimed to be used in the active gate driver printed circuit board (PCB) in the future, has been carried out within the scope of the thesis. In the thesis, the printed circuit board (PCB) design of the active gate driver concept for the SiC MOSFET, the design of the short circuit and high voltage protection structures, as well as the CMOS-based application specific integrated circuit (ASIC) design of the gate current control part of the active driver concept is created.
Benzer Tezler
- Senkron relüktans motorun gözlemci tabanlı sensörsüz kontrolü
Observer-based sensorless control of synchronous reluctance motor
EMRE CEBECİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolBursa Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YUSUF YAŞA
- Elektrikli araçlar için 3 fazlı fırçasız DC motor sürücülerinde kullanılan SiC ve Si Mosfetlerin performans karşılaştırması
The performance comparison of the SiC and Si Mosfets used in 3-phaze brushless DC motor drivers for electric vehicles
ERKAN SEVİM
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYozgat Bozok ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRAH ÇETİN
- Geniş bant aralıklı silisyum karbür tabanlı mosfet alt-modül tasarımı
Wide bandgap silicon carbide based mosfet sub-module design
AHMET FURKAN TUNCER
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DİNÇER GÖKCEN
- Silisyum karbür (SİC) güç anahtarı kullanan tek aşamalı çift aktif köprü AA-DA dönüştürücü
Single-stage dual active bridge AC-DC converter using silicon carbide (SIC) power switches
SİNAN ZENGİN
Doktora
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiEge ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. MUTLU BOZTEPE
- Çok katmanlı baskı devre üzerinde yüksek akımlı manyetik devre tasarımı ile çok yüksek güç yoğunluklu, tek fazlı gan evirgeç tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Design and implementation of ultra high power density, single-phase gan inverter using high current magnetic circuit design on multilayer printed circuit board
HÜSEYİN MEŞE
Doktora
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. IŞIK ÇADIRCI