Haleem, Naushath Mohamed;Rajapakse, Athula D.;Gole, Aniruddha M.
Journal of Power Electronics
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v.18
no.6
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pp.1901-1911
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2018
This study presents a circuit model for simulating the switching transients of insulated-gate bipolar transistors (IGBTs) with inductive load switching. The modeling approach used in this study considers the behavior of IGBTs and freewheeling diodes during the transient process and ignores the complex semiconductor physics-based relationships and parameters. The proposed circuit model can accurately simulate the switching behavior due to the detailed consideration of device-circuit interactions and the nonlinear nature of model parameters, such as internal capacitances. The developed model is incorporated in an IGBT loss calculation module of an electromagnetic transient simulation program to enable the estimation of switching losses in voltage source converters embedded in large power systems.
Kim, Jin-Hong;Park, Joon Sung;Gu, Bon-Gwan;Won, Chung-Yuen
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.12
no.2
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pp.632-642
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2017
This paper presents an improved approach towards reducing the switching loss of insulated gate bipolar transistors (IGBTs) for a medium-capacity-class power conditioning system (PCS). In order to improve the switching performance, the switching operation is analyzed, and based on this analysis, an improved switching method that reduces the switching time and switching loss is proposed. Compared to a conventional gate drive scheme, the switching loss, switching time, and delay are improved in the proposed gate driving method. The performance of the proposed gate driving method is verified through several experiments.
In this paper, a newly developed uninterruptible power supply adopted insulated gate bipolar transistors (IGBT'S) is introduced. The focus is on harmonic reduction, high efficiency and so on. The overview, hardware and software of the newly developed ups system are also discussed. Finally, the merit of the newly developed ups compared with conventional ups is described.
The development of high voltage Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) have given new device advantage in the areas where they compete with conventional GTO (Gate Turnoff Thyristor) technology. The IGBT combines the advantages of a power MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) and a bipolar power transistor. The change of electrical characteristics for IGBT is mainly coming from the change of characteristics of MOSFET at the input gate and the PNP transistors at the output. The gate oxide structure gives the main influence on the changes in the electrical characteristics affected by environments such as radiation and temperature, etc.. The change of threshold voltage, which is one of the important design parameters, is brought by charge trapping at the gate oxide. In this paper, the electrical characteristics are simulated by SPICE simulation, and the parameters are found to design optimized circuits.
This paper introduces the main function and protection method of IGBT gate driver that designed by KOROS. Recently, the applications of insulated gate bipolar transistors(IGBTs) have expanded widely, particularly in the area of railway converters. This driver is suitable for railway traction applications, so they are designed for circumstance of railway vehicle such as vibration. The input control power for this driver is supplied from battery charger of railway. it is no necessary an isolated power supply board or auxiliary power supply, with substantial savings in cost and space in railway applications. This gate driver can be used wide range of input voltage. So, performance of the driver has no relation with the battery voltage(70V∼110V). The protection methods of IGBT gate driver have many kind of ways, but this gate driver it designed to apply to converter for railway system, so this gate driver includes protection for arm short current and low control power voltage, etc. And the process of protection method and protection reference value are optimized by means of sufficient test with our own facilities.
Suh, Il Woong;Lee, Young-ho;Kim, Young-hoon;Choa, Sung-Hoon
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.10
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pp.1011-1019
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2015
Insulated-gate bipolar transistors (IGBTs) are the predominantly used power semiconductors for high-current applications, and are used in trains, airplanes, electrical, and hybrid vehicles. IGBT power modules generate a considerable amount of heat from the dissipation of electric power. This heat generation causes several reliability problems and deteriorates the performances of the IGBT devices. Therefore, thermal management is critical for IGBT modules. In particular, realizing a proper thermal design for which the device temperature does not exceed a specified limit has been a key factor in developing IGBT modules. In this study, we investigate the thermal behavior of the 1200 A, 3.3 kV IGBT module package using finite-element numerical simulation. In order to minimize the temperature of IGBT devices, we analyze the effects of various packaging materials and different thickness values on the thermal characteristics of IGBT modules, and we also perform a design-of-experiment (DOE) optimization
The IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) is a power semiconductor device that has gained acceptance among circuit design engineers for motor drive and power converter applications. IGBT devices(International Rectifier, Proposed proposed model etc) have the best features of both power MOSFETs and power bipolar transistors, i.e., efficient voltage gate drive requirememts and high current density capability. When designing circuit and systems that utilize IGBTs or other power semiconductor devices, circuit simulations are needed to examine how the devices affect the behavior of the circuit. The interaction of the IGBT with the load circuit can be described using the device model and the state equation of the load circuit. The voltage rise rate at turn-off for inductive loads varies significantly for IGBTs with different base life times, and this rate of rise is important in determing the voltage overshoot for a given series resistor-inductor load circuit. Excessive voltage overshoot is potentially destructive, so a snubber protection circuit may be required. The protection circuit requirements are unique for the IGBT and can be examined using the model. The IGBT model in this paper is verified by comparing the results of the model with experimented results for various circuit operating conditions. The model performs well and describes experimented results accurately for the range of static and dynamic condition in which the device is intended to be operated.
The development of high voltage Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) have given new device advantage in the areas where they compete with conventional GTO (Gate Turnoff Thyristor) technology. The IGBT combines the advantages of a power MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) and a bipolar power transistor. The change of electrical characteristics for IGBT is mainly coming from the change of characteristics of MOSFET at the input gate and the PNP transistors at the output. The change of threshold voltage, which is one of the important design parameters, is brought by charge trapping at the gate oxide under the environment that radiation exists. The energy loss will be also studied as the inductance values are changed. In this paper, the electrical characteristics are simulated by SPICE, and compared for variation of inductance and threshold voltage based on IGBT.
Bae, SunHo;Kim, Hongrae;Park, Jung-Wook;Lee, Soo Hyoung
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.12
no.5
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pp.1805-1811
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2017
Recently, DC systems are considered as efficient electric power systems for renewable energy based clean power generators. This discloses several critical issues that are required to be considered before the installation of the DC systems. First of all, voltage/current switching stress, which is aggravated by large fault current, might damage DC circuit breakers. This problem can be simply solved by applying a superconducting fault current limiter (SFCL) as proposed in this study. It allows a simple use of insulated-gate bipolar transistors (IGBTs) as a DC circuit breaker. To evaluate the proposed resistive type SFCL application to the DC circuit breaker, a DC distribution system is composed of the practical line impedances from the real distribution system in Do-gok area, Korea. Also, to reflect the distributed generation (DG) effects, several DC-to-DC converters are applied. The locations and sizes of the DGs are optimally selected according to the results of previous studies on DG optimization. The performance of the resistive type SFCL applied DC circuit breaker is verified by a time-domain simulation based case study using the power systems computer aided design/electromagnetic transients including DC (PSCAD/ EMTDC(R)).
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.21
no.3
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pp.7-17
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2014
Power electronics modules are semiconductor components that are widely used in airplanes, trains, automobiles, and energy generation and conversion facilities. In particular, insulated gate bipolar transistors(IGBT) have been widely utilized in high power and fast switching applications for power management including power supplies, uninterruptible power systems, and AC/DC converters. In these days, IGBT are the predominant power semiconductors for high current applications in electrical and hybrid vehicles application. In these application environments, the physical conditions are often severe with strong electric currents, high voltage, high temperature, high humidity, and vibrations. Therefore, IGBT module packages involves a number of challenges for the design engineer in terms of reliability. Thermal and thermal-mechanical management are critical for power electronics modules. The failure mechanisms that limit the number of power cycles are caused by the coefficient of thermal expansion mismatch between the materials used in the IGBT modules. All interfaces in the module could be locations for potential failures. Therefore, a proper thermal design where the temperature does not exceed an allowable limit of the devices has been a key factor in developing IGBT modules. In this paper, we discussed the effects of various package materials on heat dissipation and thermal management, as well as recent technology of the new package materials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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