SiC-based power electronics for subsea remote operated vehicles in the petroleum industry

Abstract

SiC Schottky-barriere dioder had bedre transiente karakteristikker sammenlignet med Si p-n didoer, når vi ser på transiente tap og termiske karakteristikker. Forskjellen i transiente brytningstap ble undersøkt eksperimentelt, for hard-brytnings betingelser, og forsøket bekreftet at Si diodene hadde tap som var flere ganger større enn SiC SBD. Derimot led SiC Schottky-barriere diodene av signifikante oscillasjoner i både spenning og strøm, ved slutten av brytningstransientene. Disse oscillasjonene kan bli dempet av en beskyttelses RC-snubber enten koblet direkte til terminalene på dioden eller til DC-link terminalen. Snubberen testet var ikke designet for å dempe diode oscillasjonene i denne kretsen og økte både brytetap og amplituden på oscillasjonene. Det er verdt å merke seg at tapene fremdeles var lavere enn for Si diodene.

SiC SBDer kan dermed velges på bakgrunn av lavere tap. Derimot bør SiC Schottky-barriere diodens oversvingning tas i betraktning og muligens dempes, for å unngå skade på dioden og øvrige deler av kraftsystemet.

Sammlet sett fremstår SiC Schottky-barriere dioder som et bedre valg enn Si dioder, særlig i harde omgivelser, og kan derfor være et utmerket valg for ROV kraftsystemer. Derimot bør utfordringene med strøm og spennings ocillasjoner tas i betraktning når SBD topologien utformes.

The SiC Schottky barrier diodes have improved switching characteristics over the Si p-n diode, regarding switching losses and thermal characteristics. The difference in switching losses was tested, for hard switched conditions, and the experiments confirmed that the Si diode losses were several times higher than for the SiC SBD. However, the SiC Schottky barrier diode suffers from having significant voltage and current overshoots and damped oscillations after switching. This can be mitigated be designing a protective RC-snubber connected either directly to the diode or the DC-link input. However, the snubber tested in this experiment were not optimized for this purpose and increased the switching losses and increased oscillations. The losses were still lower than that of the Si p-n diode.

The SBDs can therefore be chosen for diode rectifiers to lower losses. However, when using SiC Schottky diodes overshoots and oscillations need to be examined and might have to be mitigated, to prevent it from causing harm to the diodes or affecting other parts of the power system.

Overall the SiC Schottky diodes appear to be superior to the Si diodes, especially for harsh conditions, and could be an excellent fit for the ROV power system. However, challenges with voltage and current oscillations need to be accounted for in the design of SiC SBD topologies.