Series-connected SiC-MOSFETs : A Novel Multi-Step Packaging Concept and New Gate Drive Power Supply Configurations

MOSFETs SiC connectés en série : un nouveau concept de packaging et nouvelles configurations d'alimentation de commande rapprochée

• Auteur / Autrice : Luciano Francisco sousa alves
• Direction : Pierre Lefranc, Pierre-Olivier Jeannin, Benoît Sarrazin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 05/11/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Nadir Idir
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Ginot, Jean-Christophe Crebier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cyril Buttay, Nicolas Rouger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électricité -- Transport

Transistors MOSFET

Électronique de puissance

Mots clés libres

Mise en série

MOSFET SiC

Commande Rapprochée

Packaging

Séries-Connections

MOSFET SiC

Gate Driver

Packaging

Résumé

Ce travail de thèse étudie de nouvelles configurations d'alimentation de commande rapprochée et un nouveau concept de packaging afin d'améliorer les performances des MOSFETs SiC connectés en série. Les nouvelles configurations de commande rapprochée sont proposées afin de réduire les courants de bruit qui circulent dans la partie commande du système électrique. De plus, une nouvelle alimentation de commande de grille est proposée pour augmenter le dv / dt de la cellule de commutation. Ces améliorations, c'est-à-dire la réduction du courant de bruit et l'amplification du dv/dt, sont obtenues en modifiant l'impédance des circuits de commande de grille. Le nouveau concept de packaging est proposé afin d'améliorer les performances d’équilibrage de tension. Les nouvelles configurations de commande rapprochée et les concepts de packaging sont introduits et analysés grâce à des modèles analytique et des simulations. Ensuite, des essayes expérimentales sont effectuées pour confirmer que les concepts proposés sont meilleurs que les concepts traditionnels en termes d'équilibrage de tension, de vitesse de commutation et de réduction EMI conduite.

This work investigates new gate drive power supply configurations and a novel multi-steppackaging concept in order to improve the performance of series-connected SiC-MOSFETs. The new gate drive configurations are proposed in order to reduce noise currents that circulate in the control part of the electrical system. Furthermore, a new gate drive power supply is proposed to increase the dv/dt of the switching cell. These improvements, i.e., noise current reduction and dv/dt boosting, are achieved by modifying the impedance of the gate drive circuitry. The novel multi-step packaging concept is proposed in order to improve the voltage sharing performance. The proposed package geometry considers optimal dielectric isolation for each device leading to a multi-step geometry. It has a significant impact on the parasitic capacitances introduced by the packaging structure that are responsible for voltageunbalances. The new gate driver configurations and the proposed multi-step packaging concepts are introduced and analysed thanks to equivalent models and time domain simulations. Then, experimental set-ups are performed to confirm that the proposed concepts are better than traditional ones in terms of voltage balancing, switching speed and conducted EMI reduction.