Utvärdering av förluster i traktionsomriktare med olika typer av MOSFET kiselkarbid switchar

Syfte och mål

Syftet med projektet var att uppskatta vilken förbättring i verkningsgrad som kan fås med SiC krafthalvledare i traktionsströmriktare för tåg jämfört med dagens Si teknik. Två olika SiC teknologier, planar och trench, har utvärderats utifrån förlustdata skapade genom FEM-simulering för 1.7 resp 3.3 kV komponenter. För en typisk lastcykel ökar verkningsgraden från 97,1% till 98,8%/99,0% för en strömriktare med 1.7kV komponenter resp från 99,1% till 99,5%/99,6% för en med 3.3kV komponenter. I båda fallen ger trench SiC MOSFET teknologi bättre resultat.

Resultat och förväntade effekter

Projektet har lett till en kvantifierad uppskattning av skillnaden i led- och switchförluster för planar- resp trench teknologi för SiC MOSFETs med märkspänning 1.7 resp 3.3 kV. Projektet har också utvärderat möjligheten att med befintliga kompakta MOSFET kretssimuleringsmodeller beskriva SiC baserade krafthalvledare. Jämförelse mellan modell och mätresultat visar på ca 10% avvikelse i turn-off förluster och ca 30% för turn-on förluster. Resultaten visar att beskrivningen av övergången från det linjära till det mättade området behöver förbättras i den kompakta modellen.

Upplägg och genomförande

Arbetet har utförs av Bombardier och Acreo. Acreo har stått för FEM-simuleringar av 1.7 och 3.3 kV SiC MOSFET komponenter både med planar och trench teknologi. Bombardier har stått för studium av kompakt modell för MOSFET, jämförelse mot mätningar på 300A/1.7kV MOSFET samt beräkningar av förluster och verkningsgrad på traktionsströmriktare för typiska lastcykler. Bombardier och ACREO har kompetensmässigt kompletterat varandra utmärkt bra i detta projekt vilket lett till högkvalitativa resultat på ett effektivt sätt som gett intressanta uppslag till fortsatt arbete.