Reduction of Switching Losses in IGBT Power Modules

The purpose of this work is to study in deep the transition phenomena of IGBTs in order to evaluate different optimization strategies for losses reduction and propose a novel technique. In power applications a particular attention must be taken to such phenomena as commutation losses, overcurrents during the turn-ON and overvoltage at the turn-OFF of the devices. These phenomena are connected to non ideal behavior of real devices and stray circuit parameters. Steep profiles of current lead to large ElectroMagnetic Interference (EMI) and overvoltages, while rapid variations of the voltage can produce phenomena of "latch-up" in single IGBT or unwanted commutations. On the other hand, slow commutations are characterized by low values of dv/dt and di/dt, causing excessive losses in those power application during commutations. Therefore, it is essential to face the issue with opposite requirements at the design stage obtaining optimal tradeoff.

Lo scopo di questo lavoro è quello di studiare diverse strategie di ottimizzazione per pilotare IGBT e proporre una nuova tecnica. In applicazioni di potenza una particolare attenzione deve essere posta per fenomeni come le perdite di commutazione , sovracorrenti in accensione e sovratensione allo spegnimento dei dispositivi . Questi fenomeni sono intrinsecamente connessi all'evoluzione di parametri quali la tensione e la corrente di collettore di ciascun dispositivo durante il processo di commutazione. Profili ripidi di corrente possono causare interferenze elettromagnetiche (EMI) e sovratensioni, mentre rapide variazioni della tensione possono produrre fenomeni di 'latch-up' in ogni singolo IGBT o commutazioni indesiderate. D'altra parte, commutazioni lente sono caratterizzate da bassi valori di dv/dt e di/dt , causando perdite eccessive specialmente nelle applicazioni di potenza. Pertanto, per affrontare il problema in fase di progettazione avendo esigenze contrastanti è essenziale trovare una buona soluzione di compromesso.