Yeni Nesil Yüksek Güçlü IGBT’ler İçin Dinamik Modelleme ve Deneysel Doğrulama

Osman TANRIVERDİ, (Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu, Raylı Ulaşım Teknolojileri Enstitüsü, Elektrikli Tahrik Sistemleri Grubu, Kocaeli, Türkiye)
Deniz YILDIRIM (İstanbul Teknik Üniversitesi, Elektrik Elektronik Fakültesi, Elektrik Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye)
Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi
7 0
Yıl: 2022 Cilt: 12 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 75 - 85 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.7212/karaelmasfen.1002022 İndeks Tarihi: 29-07-2022

Yeni Nesil Yüksek Güçlü IGBT’ler İçin Dinamik Modelleme ve Deneysel Doğrulama

Öz:
Bu çalışmada, karakterize edilmiş IGBT dinamik modelleme yapılmıştır. Bu dinamik modelleme için IGBT bilgi dokümanı kullanılmıştır. Kurulan model IGBT çift darbe test devresinde denenmiştir. Sonuçlar deneysel çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Bu çalışmanın temel amacı yüksek güçlü çeviricilerle yapılan benzetim çalışmalarında sonuçların özellikle iletim ve kesime geçiş anlarında gerçeğe yakın olmasını sağlamaktır. Yine IGBT kapı sürme devresi tasarım aşamasında da model, algoritmanın benzetim ortamında geliştirilmesi esnasında fayda sağlayacaktır. Benzetimlerde ANSYS Simplorer programı kullanılmıştır. Modelleme için yeni nesil yüksek güçlü IGBT modülü olan MBM450FS33F model Hitachi marka IGBT seçilmiştir. Bu ürün yeni paket çift IGBT’li modül olup yüksek güç yoğunluğu, düşük endüktans ve kolay paralellenebilir özellikleriyle yüksek güçlü çeviricilerde tercih edilmektedir. Deneysel sonuçlar kurulan çift darbe test düzeneği üzerinden alınmıştır. Benzetim ve deneysel çalışmalar arasındaki farklar grafik ve çizelgelerle verilmiş, program üzerinde yapılan IGBT modelin gerçek modül ile yakınlığı anahtarlama enerjisi hesaplamaları ile de kontrol edilmiştir. Sonuçlar kurulan modelin gerçeğe yakın olduğunu, bu modelin kullanıldığı sistem benzetimlerinde uygulanabilir olduğunu göstermiştir.
Anahtar Kelime: IGBT kayıpları model doğrulama IGBT modelleme yüksek güçlü IGBT çift darbe testi

Dynamic Modelling and Experimental Validation of New Generation High Power IGBTs

Öz:
In this paper, IGBT dynamic model is characterized by the circuit simulation tool. IGBT datasheet is used for the details need to built dynamic model. After that, the model is used in the double pulse test circuit simulation. And the results compared with the real test results. Main idea of this research is to have an IGBT dynamic model as close as possible to real one in order to use the model in the gate drive design simulations. A software tool of Ansys Simplorer is used for the simulations and the IGBT that is used for the research is MBM450FS33F. This is the new packaging generation high voltage dual IGBT that has the feature of high power density, low inductance and easy paralleling for the converter applications. Experimental test measurements are also performed with double pulse test setup. The comparison of the simulation and the experiment results for both voltage and current waveforms, especially peak values and the turn off and turn on energy losses are given in detail. The results are shown that the dynamic IGBT model that is built can be used for the system simulations. It achieves an acceptable accuracy considering the compared results
Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • Azar, R., Udrea F., De Silva, M., Amaratunga, G. ve Dawson, F. 2002. Advanced SPICE Modelling of Large Power IGBT Modules, IEEE Trans. On Ind. App. Con. 37th, 40(3), doi: 10.1109/IAS.2002.1042786
  • Baliga, B. J. 2011. Advanced High Voltage Power Device Concepts. NewYork: Springer-Verlag, Ch. 7, pp. 293–383.
  • Bryant. A., Lu, L., Santi, E., Hudgins, J. L. ve Palmer, P, R. 2008. Modeling of IGBT Resistive and Inductive Turn-On Behavior, IEEE Trans. On Ind. App. 44(3), 904-914. doi: 10.1109/TIA.2008.921384
  • Choi, U., Blaabjerg, F. ve Lee, K. 2015. Study and Handling Methods of Power IGBT Module Failures in Power Electronic Converter Systems. IEEE Trans. on Pow. Elec. 30(5), 2517- 2533. doi: 10.1109/TPEL.2014.2373390
  • Clemente, S. M. ve Dapkus, D. A. 1993. IGBT models account for switching and conduction losses. Power Conv. Intell. Motion, 19(8), 51–54.
  • Duan, Y., Xiao, F., Luo, Y. ve Iannuzzo, F. 2019. A Lumped-Charge Approach Based Physical SPICE-Model for High Power Soft-Punch Through IGBT. IEEE Journal of Emer. and Selec. Topics in Power Elec. 7(1), 62-70. doi: 10.1109/JESTPE.2018.2874105
  • Haddi, A., Maquad, A., Elmazria, O. ve Hoffmann, A. 1998. A Simplified Spice Model For IGBT, Active and Passive Elec. Comp., 21(3), 279-292, doi.org/10.1155/1998/89240
  • Hefner, A. R. Jr. ve Diebolt, D. M. 1994. An Experimentally Verified IGBT Model Implemented in the Saber Circuit Simulator, IEEE Trans. On Power Elec. 9(5), 532 – 542, doi:10.1109/63.321038
  • Hefner, A. R. Jr. 1995. Modeling Buffer Layer IGBTs for Circuit Simulation, IEEE Trans. On Power Elec. 10(2), 111 – 123, doi:10.1109/63.372596
  • Ji, S., Lu, T., Zhao, Z., Fujihira, T. ve Igarashi, S. 2015. Physical Model with Parameter Extraction Method for Fuji Electric 1.7kV IGBT. 18th Int. Conf. on Elec. Machines and Syst. (ICEMS). doi: 10.1109/ICEMS.2015.7385103
  • Li, X., Luo, Y., Duan, Y., Liu, B., Huang, Y. Ve Sun, F. 2018. Stray Inductance Extraction of High-Power IGBT Dynamic Test Platform and Verification of Physical Model. IEEE Int. Power Elec. and App. Conf. and Exp. (PEAC). doi: 10.1109/PEAC.2018.8590475
  • Ma, T., Jia, Y. ve Luo, Y. 2020. Physical Model of FS-IGBT Considering Dynamic Avalanche Electrical Characteristics and Analysis of Chip Non-uniform Stress, IEEE Int. Conf. on Inf. Tech. Big Data and Artif. Intel. (ICIBA), doi: 10.1109/ICIBA50161.2020.9277207
  • Meng, J., Ning, P., Wen, X. ve Li, L. 2017. A finite difference method modeling for IGBT and diode in PSPICE. Chinese Journal of Elec. Eng.. 3(3), 85-93. doi: 10.23919/CJEE.2017.8250428
  • Musikka, T., Popova, L., Juntunen, R., Lohtander, M., Silventoinen, P., Pyrhönen, O., Pyrhönen, J. ve Maula, K. 2013. Improvement of IGBT Model Characterization with Experimental Tests, 15th European Conf. on Power Elec. and App. (EPE). doi: 10.1109/EPE.2013.6631841
  • Nawaz, M., Chimento, F., Mora, N. ve Zammoni, M. 2013. Simple Spice Based Modeling Platform for 4.5 kV Power IGBT Modules, IEEE Energy Conv. Cong. and Exp. doi:10.1109/ECCE.2013.6646712
  • Nicolai, U. 2014. AN 1403: Determining switching losses of SEMIKRON IGBT modules, Revision 00, Semikron
  • Oustad, D., Lefebre, S., Petit, M., Lhotellier, D. ve Amezianne, M. 2016. Comparison of modeling switching losses of an IGBT based on the datasheet and an experimentation, 18th European Conf. on Power Elec. and App. (EPE'16 ECCE Europe). doi: 10.1109/EPE.2016.7695494
  • Sfakianis, G., Nawaz, M. ve Chimento, F. 2014. A Temperature Dependent Simple Spice Based Modeling Platform for Power IGBT Modules, Energy Conv. Cong.s and Exp. (ECCE), IEEE. doi: 10.1109/ECCE.2014.6953788
  • Sheng, K., Williams, B. W. ve Finney, S. J. 2000. A Review of IGBT Models, IEEE Trans. on Power Elec., 15(6), 1250 – 1266, doi: 10.1109/63.892840.
  • Song, P., Zang, L., Zou, L., Zhao, T. ve Sun, Y. 2020. An Improved Transient Model of High Voltage IGBT Based on Vector Fitting. IEEE Int. Conf.e on High Voltage Eng. and App. (ICHVE), doi: 10.1109/ICHVE49031.2020.9279756
  • Volke, A. ve Hornmkamp, M. 2015. Infineon, Second Edition, IGBT Modules, Technologies, Driver and Application, 534 pp.
  • Xue, P., Fu, G. Ve Zhang, D. 2017. Modeling Inductive Switching Characteristics of High-Speed Buffer Layer IGBT. IEEE Trans. on Power Elec., 32(4), 3075 – 3087. doi: 10.1109/TPEL.2016.2570838
  • CWT Technical Notes. 2011. Power Electronic Measurements Ltd. https://gmw.com/wp-content/uploads/2019/06/CWT-Technical-notes-HF-and-Rise-time-01A.pdf
  • IEC 60747-9. 2007 Semiconductor devices - Discrete devices - Part 9: Insulated-gate bipolar transistors (IGBTs) MBM450FS33F IGBT Module datasheet. 2017. Hitachi Semiconductor, https://www.hitachi-power-semiconductor-device.co.jp/products/igbt/pdf/IGBT-SP-14035R5_MBM450FS33F_web.pdf
  • MBM450FS33F IGBT Module datasheet. 2017. Hitachi Semiconductor, https://www.hitachi-power-semiconductordevice.co.jp/products/igbt/pdf/IGBT-SP-14035R5_ MBM450FS33F _ web. pdf.
  • Application Note. 2015. Measuring Method of Stray Inductance for Inverter Circuit. Hitachi Semiconductor, https://www.hitachi-power-semiconductor device.co.jp/en/products/igbt/pdf/ stray_inductance.pdf
APA Tanrıverdi O, YILDIRIM D (2022). Yeni Nesil Yüksek Güçlü IGBT’ler İçin Dinamik Modelleme ve Deneysel Doğrulama. , 75 - 85. 10.7212/karaelmasfen.1002022
Chicago Tanrıverdi Osman,YILDIRIM Deniz Yeni Nesil Yüksek Güçlü IGBT’ler İçin Dinamik Modelleme ve Deneysel Doğrulama. (2022): 75 - 85. 10.7212/karaelmasfen.1002022
MLA Tanrıverdi Osman,YILDIRIM Deniz Yeni Nesil Yüksek Güçlü IGBT’ler İçin Dinamik Modelleme ve Deneysel Doğrulama. , 2022, ss.75 - 85. 10.7212/karaelmasfen.1002022
AMA Tanrıverdi O,YILDIRIM D Yeni Nesil Yüksek Güçlü IGBT’ler İçin Dinamik Modelleme ve Deneysel Doğrulama. . 2022; 75 - 85. 10.7212/karaelmasfen.1002022
Vancouver Tanrıverdi O,YILDIRIM D Yeni Nesil Yüksek Güçlü IGBT’ler İçin Dinamik Modelleme ve Deneysel Doğrulama. . 2022; 75 - 85. 10.7212/karaelmasfen.1002022
IEEE Tanrıverdi O,YILDIRIM D "Yeni Nesil Yüksek Güçlü IGBT’ler İçin Dinamik Modelleme ve Deneysel Doğrulama." , ss.75 - 85, 2022. 10.7212/karaelmasfen.1002022
ISNAD Tanrıverdi, Osman - YILDIRIM, Deniz. "Yeni Nesil Yüksek Güçlü IGBT’ler İçin Dinamik Modelleme ve Deneysel Doğrulama". (2022), 75-85. https://doi.org/10.7212/karaelmasfen.1002022
APA Tanrıverdi O, YILDIRIM D (2022). Yeni Nesil Yüksek Güçlü IGBT’ler İçin Dinamik Modelleme ve Deneysel Doğrulama. Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi, 12(1), 75 - 85. 10.7212/karaelmasfen.1002022
Chicago Tanrıverdi Osman,YILDIRIM Deniz Yeni Nesil Yüksek Güçlü IGBT’ler İçin Dinamik Modelleme ve Deneysel Doğrulama. Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi 12, no.1 (2022): 75 - 85. 10.7212/karaelmasfen.1002022
MLA Tanrıverdi Osman,YILDIRIM Deniz Yeni Nesil Yüksek Güçlü IGBT’ler İçin Dinamik Modelleme ve Deneysel Doğrulama. Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi, vol.12, no.1, 2022, ss.75 - 85. 10.7212/karaelmasfen.1002022
AMA Tanrıverdi O,YILDIRIM D Yeni Nesil Yüksek Güçlü IGBT’ler İçin Dinamik Modelleme ve Deneysel Doğrulama. Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi. 2022; 12(1): 75 - 85. 10.7212/karaelmasfen.1002022
Vancouver Tanrıverdi O,YILDIRIM D Yeni Nesil Yüksek Güçlü IGBT’ler İçin Dinamik Modelleme ve Deneysel Doğrulama. Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi. 2022; 12(1): 75 - 85. 10.7212/karaelmasfen.1002022
IEEE Tanrıverdi O,YILDIRIM D "Yeni Nesil Yüksek Güçlü IGBT’ler İçin Dinamik Modelleme ve Deneysel Doğrulama." Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi, 12, ss.75 - 85, 2022. 10.7212/karaelmasfen.1002022
ISNAD Tanrıverdi, Osman - YILDIRIM, Deniz. "Yeni Nesil Yüksek Güçlü IGBT’ler İçin Dinamik Modelleme ve Deneysel Doğrulama". Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi 12/1 (2022), 75-85. https://doi.org/10.7212/karaelmasfen.1002022
Sayfa Oluşturulma Tarihi
23-04-2024 23:17

İLETİŞİM

TÜBİTAK ULAKBİM TR Dizin

Yüzüncüyıl, İşçi Blokları Mahallesi

Muhsin Yazıcıoğlu Caddesi No:51/C

06530 Çankaya / ANKARA +90 (312) 298 92 00

trdizin@tubitak.gov.tr

TÜBİTAK ULAKBİM Ulusal Akademik Ağ ve Bilgi Merkezi Cahit Arf Bilgi Merkezi © Tüm Hakları Saklıdır. Gizlilik Politikası Kullanım Şartları