Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

1 Betriebsweise von Leistungshalbleitern
Hartes Schalten (HS, Bild 1.1.2 und Bild 1.2.3)
Der harte Einschaltvorgang ist dadurch gekennzeichnet, dass während der Stromkommutierungszeit
nahezu die gesamte Kommutierungsspannung v K
über dem stromführenden Schalter S 1
abfällt,
wodurch erhebliche Verlustleistungsspitzen im Leistungshalbleiter auftreten. Die Induktivität
L K
im Kommutierungskreis hat dabei ihren Minimalwert, d.h. der Stromanstieg wird durch den einschaltenden
Leistungshalbleiter bestimmt. Durch den passiven Ausschaltvorgang von Schalter S 2
endet die Stromkommutierung. Die Kommutierungszeit ist annähernd identisch mit der Gesamtschaltzeit.
Während des harten Ausschaltvorganges steigt die Spannung an S 1
bei weiterfließendem Strom
i S1
bis über den Wert der Kommutierungsspannung v K
an. Erst ab diesem Zeitpunkt beginnt die
Stromkommutierung durch passives Einschalten von Schalter S 2
. Die Kapazität C K
im Kommutierungskreis
ist dabei minimal, wodurch der Spannungsanstieg wesentlich durch die Eigenschaften
der Leistungshalbleiter festgelegt ist. Gesamtschaltzeit und Kommutierungszeit sind deshalb annähernd
gleich, verbunden mit hohen Verlustleistungsspitzen im Schalter.
Weiches Schalten (ZCS, ZVS, Bild 1.1.2, Bild 1.2.4 und Bild 1.2.5)
Während des weichen Einschaltvorganges eines Nullstromschalters (ZCS; S 1
aktiv ein) fällt bei
ausreichend großem L K
die Schalterspannung relativ schnell auf den Wert des Durchlassspannungsabfalls
ab, so dass während der Stromkommutierung keine bzw. geringe dynamische Verluste
in den Schaltern auftreten. Die Kommutierungsinduktivität L K
bestimmt den Stromanstieg.
Die Stromkommutierung endet mit dem passiven Ausschalten von Schalter S 2
. Damit erhöht sich
die Kommutierungszeit t K
gegenüber den Schaltzeiten der Einzelschalter.
Der weiche Ausschaltvorgang eines Nullspannungsschalters (ZVS) wird durch aktives Ausschalten
von S 1
eingeleitet. Der abnehmende Schalterstrom kommutiert in die parallel zum Schalter
angeordneten Beschaltungskapazitäten C K
und leitet die Spannungskommutierung ein. Die Größe
von C K
bestimmt zusammen mit dem zu kommutierenden Strom den Spannungsanstieg. Durch
den verzögerten Spannungsanstieg am Schalter reduziert sich dessen dynamische Verlustleistung.
Resonantes Schalten (ZCRS, ZVRS, Bild 1.1.2, Bild 1.2.6 und Bild 1.2.7)
Von resonantem Einschalten spricht man, wenn ein Nullstromschalter in dem Zeitpunkt einschaltet,
in dem der zu kommutierende Strom i L
im Schaltmoment annähernd den Wert Null annimmt. Die
Schaltverluste reduzieren sich damit weiter gegenüber dem weichen Einschalten des Nullstromschalters.
Weil der Zeitpunkt des Stromnulldurchganges vom Schalter aus nicht aktiv bestimmt
werden kann, geht ein Steuerfreiheitsgrad des Gesamtsystems verloren.
Ein resonantes Ausschalten eines Nullspannungsschalters liegt dann vor, wenn während des Ausschaltvorganges
die Kommutierungsspannung annähernd Null ist. Auch dabei sind gegenüber
dem weichen Ausschalten des Nullspannungsschalters die Schaltverluste nochmals reduziert bei
Verlust eines Steuerfreiheitsgrades.
Neutrales Schalten (NS, Bild 1.1.2 und Bild 1.2.8)
Neutrales Schalten liegt vor, wenn sowohl die Schalterspannung als auch der Schalterstrom im
Schaltaugenblick annähernd Null sind. Beim Einsatz von Dioden liegt dieser Fall natürlicherweise
vor.
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