Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

2 Grundlagen
solche Konstruktion ist in Bild 2.5.25 dargestellt. Das Schienensystem sorgt für eine magnetische
Kopplung der Hauptinduktivitäten L sC
und L sE2
. Bei der Kommutierung des Stroms zwischen +DC
und -DC muss sich das Magnetfeld nur wenig ändern, was gleichbedeutend mit einer geringen
Induktivität ist. Die vielen parallelen Strompfade zu den einzelnen Chips reduzieren die Induktivität
der Anschlussteile, die nicht als „Sandwich“ ausgeführt werden können. Den Hauptanteil
der verbleibenden Induktivität bilden die nach außen geführten Anschraubpunkte. Hier muss die
überlappende Stromführung aufgegeben werden, um Luft und Kriechstrecken an den äußeren
Anschlüssen sicherzustellen. In Bild 2.5.26 ist ein Schaltvorgang mit den Spannungen über verschiedenen
Chippositionen und an den DC Terminals dargestellt. Die interne Spannungsdifferenz
beträgt 150 V aus der man bei der gemessenen Stromsteilheit eine Induktivität von +DC nach
-DC von etwa 20 nH berechnen kann. Zu erkennen ist auch, dass es kaum Spannungsdifferenzen
zwischen den einzelnen Chippositionen gibt, was auf die äußerst geringe Induktivität im Bereich
des Sandwich-Busbarsystems hinweist.
Aux.-emitter
Chip at AC-terminal
Chip in middle position
Chip at DC-terminal
Terminal screws
V CE
I C
150V/Div; 80A/Div +DC -DC
Bild 2.5.26 Messung der Abschaltüberspannung im SKiM93 an verschiedenen Chippositionen und den
äußeren Klemmen bei 6,7 kA/µs, Zeitskala =20 ns/Div
Für den Anwender geht die interne Abschaltüberspannung an der maximal nutzbaren Spannung
verloren. Er muss sicherstellen, dass die an den äußeren Klemmen gemessenen Abschaltspannungen
plus der Spannungsabfall über die internen Induktivitäten stets kleiner als die Blockierspannung
der Halbleiter ist. Für den „Bottom“-Schalter kann der Hilfsemitteranschluss zur
Spannungsmessung genutzt werden. Dieser liegt näher am Chip und gibt deshalb ein besseres
Bild der Abschaltüberspannung als der Hauptemitteranschluss (siehe auch [AN1]).
2.5.2.6 Koppelkapazitäten
Die mit MOSFET- oder IGBT-Modulen erreichbaren Strom- und Spannungsanstiegszeiten im ns-
Bereich verursachen elektromagnetische Störungen mit Frequenzspektren bis weit in den MHz-
Bereich. Gravierenden Einfluss auf die entstehenden Funkstörspannungen haben deshalb die
Ausbreitungswege im Modul und aus diesem heraus mit ihren parasitären Elementen. Durch geeignete
Isoliermaterialien, kleine Koppelflächen oder leitfähige Schirme können z.B. die asymmetrischen
Störungen vermindert werden [38]. Darüber hinaus müssen die modulinternen Verbindungen
so strukturiert sein, dass Fehlfunktionen durch äußere Streufelder oder transformatorische
Einkopplungen auf Steuerleitungen ausgeschlossen sind.
Ein weiterer Aspekt ist der „Erdstrom“, d.h. der durch die Kapazität C E
des Isoliersubstrates aufgrund
des dv CE
/dt in den IGBT beim Schalten über den i.a. geerdeten Kühlkörper in den Schutzleiteranschluss
fließende Strom i E
= C E
· dv CE
/dt. Die Kapazitäten können mit der Gleichung für
Plattenkondensatoren berechnet werden:
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