Sharma, Y.K.;Coulbeck, L.;Mumby-Croft, P.;Wang, Y.;Deviny, I.
Journal of the Korean Physical Society
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v.73
no.9
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pp.1356-1361
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2018
Replacing conventional Si diodes with SiC diodes in Si insulated gate bipolar transistor (IGBT) modules is advantageous as it can reduce power losses significantly. Also, the fast switching nature of the SiC diode will allow Si IGBTs to operate at their full high-switching-speed potential, which at present conventional Si diodes cannot do. In this work, the electrical test results for Si-IGBT/4HSiC-Schottky hybrid substrates (hybrid SiC substrates) are presented. These substrates are built for two voltage ratings, 1.7 kV and 3.3 kV. Comparisons of the 1.7 kV and the 3.3 kV Si-IGBT/Si-diode substrates (Si substrates) at room temperature ($20^{\circ}C$, RT) and high temperature ($H125^{\circ}C$, HT) have shown that the switching losses in hybrid SiC substrates are miniscule as compared to those in Si substrates but necessary steps are required to mitigate the ringing observed in the current waveforms. Also, the effect of design variations on the electrical performance of 1.7 kV, 50 A diodes is reported here. These variations are made in the active and termination regions of the device.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.26
no.11
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pp.785-789
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2013
Silicon Carbide (SiC) is the material with the wide band-gap (3.26 eV), high critical electric field (~2.3 MV/cm), and high bulk electron mobility (~900 $cm^2/Vs$). These electronic properties allow attractive features, such as high breakdown voltage, high-speed switching capability, and high temperature operation compared to Si devices. In general, device design has a significant effect on the switching and electrical characteristics. It is known that in this paper, we demonstrated that the switching performance and breakdown voltage of IGBT is dependent with doping concentration of p-base region and drift layer by using 2-D simulations. As a result, electrical characteristics of SiC-IGBT deivce is higher breakdown voltage ($V_B$= 1,600 V), lower on-resistance ($R_{on}$= 0.43 $m{\Omega}{\cdot}cm^2$) than Si-IGBT. Also, we determined that processing time and cost is reduced by the depth of n-drift region of IGBT was reduced.
This paper introduces an enhanced interleaved (IL) PFC (Power Factor Correction) boost converter typed 650V Intelligent Power Module (IPM), which is fully optimized hybrid IGBT converter modules; Silicon (Si) IGBT and Silicon Carbide (SiC) diode, for up to 10kW HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning) systems. It utilizes newly developed $4^{th}$ Generation Field Stop (FS) trench IGBTs, $EXTREMEFAST^{TM}$ anti-paralleled diodes, SiC Junction Barrier Schottky (JBS) diodes, Bridge rectifiers, Multi-function LVIC, and Built-in thermistor provide good reliable characteristics for the entire system. This module also takes technical advantage of DBC (Direct Bonded Copper) substrate for the better thermal performance. It is shown that the Si IGBT/SiC diode hybrid IL PFC module can achieve excellent EMI performance and greatly enhance the power handling capability or switching frequency of various applications compared to the Si IGBT/Diode. This paper provides an overall description of the newly developed 650V/50A Hybrid SiC IL PFC IPM product.
Han, Timothy Junghee;Preston, Jared;Ouwerkerk, David
Journal of Power Electronics
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v.13
no.4
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pp.584-591
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2013
In this paper, a hybrid booster power module with Si IGBT and Silicon Carbide (SiC) Schottky Barrier Diode (SBDs) is presented. The switching characteristics of the hybrid booster module are compared with commercial Silicon IGBT/Si PIN diode based modules. We applied the booster power module into a non-isolated on board vehicle charger with a simple buck-booster topology. The performances of the on-vehicle charger are analyzed and measured with different power modules. The test data is measured in the same system, at the same points of operation, using the conventional Si and hybrid Si/SiC power modules. The measured power conversion efficiency of the proposed on-vehicle charger is 96.4 % with the SiC SBD based hybrid booster module. The conversion efficiency gain of 1.4 % is realizable by replacing the Si-based booster module with the Si IGBT/SiC SBD hybrid boost module in the 6.6 kW on-vehicle chargers.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.30
no.2
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pp.43-51
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2023
In this paper, we introduce the development trends of power devices which is the key component for power conversion system in electric vehicles, and discuss the characteristics of the next-generation wide-bandgap (WBG) power devices. We provide an overview of the characteristics of the present mainstream Si insulated gate bipolar transistor (IGBT) devices and technology roadmap of Si IGBT by different manufacturers. Next, recent progress and advantages of SiC metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) which are the most important unipolar devices, is described compared with conventional Si IGBT. Furthermore, due to the limitations of the current GaN power device technology, the issues encountered in applying the power conversion module for electric vehicles were described.
Kim, Jae-Keun;Kim, Seung-Gwon;Oh, Won-Hyun;Park, Sung-Min
Proceedings of the KIPE Conference
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2019.07a
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pp.332-333
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2019
본 논문에서는 전기자동차용 단상 양방향 온보드 충전기를 위한 Cycloconverter-type high frequency link 컨버터에 Si-IGBT와 SiC-FET을 적용하여 전력반도체의 전력 손실을 예측하고 비교하고 분석한다. 와이드밴드갭 전력반도체 중 하나인 SiC-FET은 기존 Si기반의 IGBT를 대신하여 사용될 전력반도체로써 각광 받고 있다. 또한, 낮은 온-저항으로 인해 적은 전력손실과 고주파 스위칭을 통한 직류단 필터의 크기감소를 통해 높은 전력밀도를 달성할 수 있다. 이에 Si-IGBT와 SiC-FET을 Cycloconverter-type high frequency link 컨버터에 적용하여 전력손실을 PSIM thermal module을 통해 시뮬레이션하고 비교 분석한다.
일반적으로 사용되는 전력 스위치 소자에는 IGBT, MOSFET 등이 있다. 그 중 IGBT 소자는 용량 특성이 우수하여 고 용량 인버터에서 사용가능하다는 장점이 있으나 턴 오프 동작 시 손실 특성과 다이오드 역 회복 특성으로 인해 고속 스위칭 동작에는 부적합하다는 단점이 있다. 최근에는 SiC를 사용한 MOSFET의 개발이 진행되어 MOSFET의 대용량화 및 스위칭 손실저감이 이루어졌고 이에 따라, 본 논문에서는 SiC MOSFET을 이용한 고속 스위칭 인버터를 제안하였으며 그 특성을 기존의 IGBT 소자를 이용한 인버터와 비교분석하고 이를 시뮬레이션을 통해 검증하였다.
${\bullet}$ Silicon Carbide (SiC) had excellent material properties as the base material for next generation of power semiconductor. In developing SiC MOSFET, gate oxide reliability issues had to be first overcome before commercial application. Besides, a high and stable gate-source voltage threshold $V_{GS(th)}$ is also an important parameter for operation robustness. SiC MOSFET with such characteristics can directly use existing high-speed IGBT gate driver IC's. ${\bullet}$ The linear voltage drop characteristics of SiC MOSFET will bring lower conduction loss averaged over full AC cycle compared to similarly rate IGBT. Lower switching loss enable higher switching frequency. Using package with auxiliary source terminal for gate driving will further reduce switching losses. Dynamic characteristics can fully controlled by simple gate resistors. ${\bullet}$ The low switching losses characteristics of SiC MOSFET can substantially reduce power losses in high switching frequency operation. Significant power loss reduction is also possible even at low switching frequency and low switching speed. in T-type 3-level topology, SiC MOSFET solution enable three times higher switching freqeuncy at same efficiency.
Il Yang;Woo-Joon Kim;Tuan-Vu Le;Seong-Mi Park;Sung-Jun Park;Ancheng Liu
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.26
no.6_1
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pp.967-976
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2023
Currently, with the thriving development in the field of solar energy, the widespread adoption of solar grid-connected power conversion systems is rapidly expanding. As the market continues to grow, the efficiency of solar power conversion systems is steadily increasing, while prices are rapidly decreasing. Photovoltaic panels often produce low output voltages, and Boost converters are commonly employed to elevate and stabilize these voltages. They are also utilized for implementing Maximum Power Point Tracking (MPPT), ensuring the full utilization of solar power generation. Recently, synchronous control techniques have been introduced, using controllable switching devices like Si IGBT or SiC MOSFET to replace the diodes in the original circuits. However, this has raised concerns related to costs. This paper offers a compromise solution, considering both the performance and economic factors of the converter. It proposes a hybrid high-efficiency synchronous converter structure that combines Si IGBT and SiC MOSFET. Additionally, the proposed topology has been practically implemented and tested, with results confirming its feasibility and cost-effectiveness.
${\cdot}$ GaN E-HEMT provides superior performance vs. Si MOSFET or IGBT, and also superior performance vs. SiC, below ~1200V ${\cdot}$ GaN E-HEMT is replacing Si MOSFET and IGBT in major application segments, and Industry Adoption will accelerate ${\cdot}$ Technology advances in GaN E-HEMT have made high-current true Normally-Off devices available in current ranges from 7A to 250A ${\cdot}$ While GaN has improved Properties vs. SiC or Si, different types of GaN devices offer different levels of performance or robustness ${\cdot}$ JEDEC Industrial-Grade Qualification of GaN E-HEMTs has been achieved, and Automotive Qualification is in progress.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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