Reliability and performance of insulated gate power semiconductor devices

Power electronic devices play an important role in a wide range of industrial application and the reliability, robustness and cost reduction of these devices become more and more significant due to increasing demand of energy. There are different power semiconductor devices available in the market but IGBTs and SiC MOSFETs are well known among them due to their superior features as compared to other devices. IGBTs is famous for its low conduction losses, high current rating and low cost while the SiC MOSFET is famous for its high switching frequency and simple driving circuit. These switching devices are the key component especially in the power conversion application and therefore the correct choice of these components, their losses estimation, the driving circuit and the protection circuit is necessary to improve the performance and reliability of power electronicsbased system. [1] The analysis of different types of losses that exist in the system and their estimation can reduce the overall cost of the system to an acceptable range. The major part of these losses is due to the power semiconductor device used in the application. Moreover, the driving circuit used to trigger these semiconductor devices also effect the power losses. Therefore, controlling the power losses is extremely important as the devices need to produce the highest power conversion efficiency and lowest losses in order to operate efficiently at the target application. The increase in power losses has a direct impact on the heating of the system and therefore it is necessary to use the additional components like heatsinks or fan which increase the cost and size of the system. [2] The switching devices in the power conversion applications are normally susceptible to high voltage spikes due to the interaction between its output capacitance and the leakage inductance. These voltage spikes can exceed the ratings of the switching device and therefore it is necessary to protect the switching device against these electrical stresses which are placed on the device during the switching transitions by using some sort of snubber circuit that can overcome the electrical stresses that may appear across these switching devices to safe levels i.e. within the electrical rating of the device. These snubber circuits can either be passive snubber network consist of passive components only or an active snubber network composed of passive elements as well as an active device.

I dispositivi elettronici di potenza svolgono un ruolo importante in una vasta gamma di applicazioni industriali e l'affidabilità, robustezza e riduzione dei costi di questi dispositivi diventano sempre più significativi a causa della crescente domanda di energia. Esistono diversi dispositivi a semiconduttore di potenza disponibili sul mercato, ma IGBT e SiF MOSFET sono noti tra di loro a causa delle loro caratteristiche superiori rispetto ad altri dispositivi. IGBT è famoso per il suo basse perdite di conduzione, alta corrente nominale e basso costo mentre il MOSFET SiC è famoso per la sua elevata commutazione frequenza e semplice circuito di guida. Questi dispositivi di commutazione sono la componente chiave soprattutto nella potenza domanda di conversione e quindi la scelta corretta di questi componenti, la loro stima delle perdite, la guida circuito e il circuito di protezione sono necessari per migliorare le prestazioni e l'affidabilità dei componenti elettronici di potenza sistema. [1] L'analisi dei diversi tipi di perdite che esistono nel sistema e la loro stima possono ridurre l'insieme costo del sistema in un intervallo accettabile. La maggior parte di queste perdite è dovuta al dispositivo a semiconduttore di potenza usato nell'applicazione. Inoltre, anche il circuito di pilotaggio utilizzato per attivare questi dispositivi a semiconduttore perdite di potenza. Pertanto, il controllo delle perdite di potenza è estremamente importante in quanto i dispositivi devono produrre il massima efficienza di conversione di potenza e perdite minime per operare in modo efficiente nell'applicazione di destinazione. Il l'aumento delle perdite di potenza ha un impatto diretto sul riscaldamento del sistema e pertanto è necessario utilizzare il componenti aggiuntivi come dissipatori o ventole che aumentano il costo e le dimensioni del sistema. [2] I dispositivi di commutazione nelle applicazioni di conversione di potenza sono normalmente soggetti a picchi di alta tensione a causa dell'interazione tra la sua capacità di uscita e l'induttanza di dispersione. Questi picchi di tensione possono superare i valori nominali del dispositivo di commutazione e quindi è necessario proteggere il dispositivo di commutazione contro questi tensioni elettriche che vengono posizionate sul dispositivo durante le transizioni di commutazione usando una sorta di snubber circuito che può superare gli stress elettrici che possono apparire attraverso questi dispositivi di commutazione a livelli di sicurezza, ad esempio all'interno della valutazione elettrica del dispositivo. Questi circuiti snubber possono essere costituiti da una rete di soppressione passiva solo componenti passivi o una rete snubber attiva composta da elementi passivi e un dispositivo attivo.