Un modelo térmico simple para la estimación de la temperatura de la unión y el punto caliente de un GaN HEMT de 650 V durante un cortocircuito
Autores: Palazzo, Simone; Sanseverino, Annunziata; Canale Parola, Giovanni; Martano, Emanuele; Velardi, Francesco; Busatto, Giovanni
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Un modelo térmico simple para la estimación de la temperatura de la unión y el punto caliente de un GaN HEMT de 650 V durante un cortocircuito
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Temperatura
GaN HEMT
Características eléctricas
Dispositivo
Temperatura de unión
Simulaciones
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 55
Citaciones: Sin citaciones
La temperatura es un parámetro crítico para el GaN HEMT ya que impacta fuertemente en las características eléctricas del dispositivo más que en los MOSFET de SiC o Si. Ya sea al diseñar un convertidor de potencia o al probar un dispositivo para caracterizaciones de confiabilidad y robustez, es esencial estimar la temperatura de unión del dispositivo. Con este fin, los fabricantes proporcionan modelos compactos para simular el dispositivo en simuladores basados en SPICE. Estos modelos proporcionan la temperatura de unión, que se considera uniforme a lo largo del canal. Demostramos a través de simulaciones numéricicas bidimensionales que este enfoque no es adecuado cuando el dispositivo experimenta un alto estrés electro-térmico, como durante un cortocircuito (SC), cuando la distribución de temperatura a lo largo del canal no es uniforme. Basándonos en simulaciones numéricas y mediciones experimentales en un GaN HEMT de 650 V/4 A, derivamos una red térmica adecuada para simulaciones SPICE para calcular correctamente la temperatura de unión y la corriente de cortocircuito, incluso si no proporciona información sobre la posible falla del dispositivo debido a la formación de un punto caliente local. Por esta razón, utilizamos una segunda red térmica para estimar la temperatura máxima alcanzada dentro del dispositivo, cuyos resultados concuerdan bien con las fallas observadas experimentalmente.
Descripción
La temperatura es un parámetro crítico para el GaN HEMT ya que impacta fuertemente en las características eléctricas del dispositivo más que en los MOSFET de SiC o Si. Ya sea al diseñar un convertidor de potencia o al probar un dispositivo para caracterizaciones de confiabilidad y robustez, es esencial estimar la temperatura de unión del dispositivo. Con este fin, los fabricantes proporcionan modelos compactos para simular el dispositivo en simuladores basados en SPICE. Estos modelos proporcionan la temperatura de unión, que se considera uniforme a lo largo del canal. Demostramos a través de simulaciones numéricicas bidimensionales que este enfoque no es adecuado cuando el dispositivo experimenta un alto estrés electro-térmico, como durante un cortocircuito (SC), cuando la distribución de temperatura a lo largo del canal no es uniforme. Basándonos en simulaciones numéricas y mediciones experimentales en un GaN HEMT de 650 V/4 A, derivamos una red térmica adecuada para simulaciones SPICE para calcular correctamente la temperatura de unión y la corriente de cortocircuito, incluso si no proporciona información sobre la posible falla del dispositivo debido a la formación de un punto caliente local. Por esta razón, utilizamos una segunda red térmica para estimar la temperatura máxima alcanzada dentro del dispositivo, cuyos resultados concuerdan bien con las fallas observadas experimentalmente.