DEVELOPMENT OF PHOTONIC -BASED MULTI-POINT TEMPERATURE SENSING FOR POWER-ELECTRONICS APPLICATIONS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF cover_dgsSignature_thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 29 September 2024. Download (3MB)

Arabic Abstract

تستخدم أشباه الموصلات لتبديل الطاقة (PSS) على نطاق واسع في أنظمة إلكترونيات الطاقة لتنظيم الإشارات الكهربائية والحفاظ على الاستقرار التشغيلي. ترتفع درجة حرارة الوصلة ()، وهي درجة الحرارة عند منطقة الوصلة لشريحة PSS، بشكل ملحوظ بسبب النبضات الكهربائية المتكررة والشديدة التي تواجهها في دوائر الطاقة. لتجنب حالات فشل نظام الطاقة الزائدة واللاحقة الناتجة عن أعطال PSS، من الممارسات الشائعة مراقبة درجة حرارة تقاطع PSS بشكل مستمر. ركزت الأبحاث السابقة على تقنيتين متميزتين لاستشعار درجة الحرارة: الطرق البصرية وغير البصرية. من بين هذه التقنيات، حازت تقنية Bragg grating (FBG) للألياف الضوئية على اهتمام مؤخرًا باعتبارها حلًا ضوئيًا مدمجًا ومتطورًا. لقد اكتسب شهرة بسبب مرونته ضد الاضطرابات داخل دوائر إلكترونيات الطاقة. نفذت الدراسات السابقة استشعار درجة حرارة الوصلة أحادية النقطة لترانزستورات الوصلة ثنائية القطب المعزولة (IGBT) عن طريق توصيل المستشعر مباشرة بشريحة أشباه الموصلات. ومع ذلك، فإن هذا النهج له حدود عندما يتعلق الأمر بالتطبيقات الإلكترونية النموذجية التي تتطلب مراقبة متزامنة لوحدات طاقة متعددة. وبالنظر إلى هذه التحديات، تقترح هذه الدراسة نهجًا جديدًا لاستشعار درجة حرارة الوصلات المتعددة. يستخدم مجموعة من أجهزة استشعار FBG المتعددة لمراقبة درجات حرارة الوصلات لـ IGBTs المتعددة المدمجة في دائرة محول الطاقة ثلاثية الطور. والجدير بالذكر أن هذه المستشعرات تم وضعها أسفل اللوح الأساسي لـ IGBT، بدلاً من وضعها مباشرة على الرقاقة، مما يخفف من المخاطر المرتبطة بالضرر المحتمل عند إزالة التغليف الخزفي لـ IGBTs.

English Abstract

Power-switching semiconductors (PSS) are widely used in power electronics systems to regulate electrical signals and maintain operational stability. The junction temperature (), which is the temperature at the junction region of a PSS chip, rises significantly owing to the frequent and severe electrical pulses they encounter in power circuits. To avoid excess and subsequent power system failures resulting from PSS malfunctions, it is common practice to continuously monitor the PSS junction temperature. Previous research focused on two distinct temperature sensing techniques: optical and non-optical methods. Among these, the optical fiber Bragg grating (FBG) technique has garnered recent attention as a cutting-edge, compact optical solution. It has gained prominence owing to its resilience against disturbances within power electronics circuits. Previous studies have implemented single-point junction temperature sensing for insulated gate bipolar junction transistors (IGBT) by directly attaching the sensor to the semiconductor chip. However, this approach has limitations when it comes to typical electronic applications that necessitate simultaneous monitoring of multiple power modules. Considering these challenges, this study proposes a novel multi-point junction temperature sensing approach. It utilizes an array of FBG sensors multiplexed to monitor the junction temperatures of multiple IGBTs integrated into a three-phase power converter circuit. Notably, these sensors are positioned beneath the IGBT baseplate, as opposed to direct on-chip placement, mitigating the risks associated with potential damage when removing the ceramic encapsulation of IGBTs.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Systems Engineering Physics Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Khurram, Karim Qureshi
Committee Members:	Abido, Mohammed Ali and Naveed, Iqbal
Depositing User:	RIDWANULLA ISA (g202110270)
Date Deposited:	03 Jan 2024 07:14
Last Modified:	03 Jan 2024 07:14
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142701