Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

4 Applikationshinweise für Thyristoren und Netzdioden
ren, bei Dauerbetrieb zulässigen Wert von 60 A zurück. Hier handelt es sich eindeutig um Kurzzeitbetrieb,
denn in 5 s wird die stationäre Endtemperatur nicht erreicht. Als Nebenbedingung soll
es möglich sein, dass unmittelbar nach dem Abschalten wieder eingeschaltet wird und dass dabei
wieder 5 s lang der erhöhte Strom auftritt. Die kürzest mögliche Zeit zwischen zwei Einschaltvorgängen
beträgt 2 min. Bei 60 A Gleichstrom fließen je Diode 20 A. Dies entspricht einer Verlustleistung
von 18 W (vgl. Bild 4.1.2a). Bei 500 A fließen in jeder Diode 167 A. Die Verlustleistung für
167 A bei Rechteckstrom 120° kann aus Bild 4.1.2 nicht mehr abgelesen werden. Wir benutzen
daher die im Abschnitt Datenblattangaben (Kap. 3.2.2) angegebene Formel:
P
FAV
V
F0
I
FAV
360
rf
I
120
2
FAV
Die Werte für V F0
= 0,85 V und r f
= 1,3 mW sind im Datenblatt angegeben.
P
FAV
0,85V 167A
0,0013 3 167A
2
251W
Es ergibt sich der in Bild 4.1.3 dargestellte Verlauf der Verlustleistung. Die Vorerwärmung des
Kühlköpers wird aus der gemittelten Verlustleistung bestimmt. Für eine maximale Umgebungstemperatur
von 45°C gilt:
T T
s
T s
a
R
th(sa)
45C
0,55
P
K
W
FAV 1
t
p1
P
T
251W
FAV 2
5s
120s
t
p2
T
115s
18W 60C
120s
Nun wird, wie in Kap. 5.2 beschrieben, die Gleichung zur Berechnung der höchsten auftretenden
Ersatzsperrschichttemperatur T jM
(zum Zeitpunkt t 3
) aufgestellt. Wenn die Pause zwischen Ausschalten
und Einschalten kurz genug ist, kann man von einer thermischen Grundlast von 18 W
ausgehen, dem ein Verlustleistungspuls von 251 W - 18 W überlagert ist.
T
jM
T
s
P
AV1
R
th( js)
(P
AV 2
P
AV1
)
n
1
R
th
1-
e
1-
e
Für genaue Berechnungen müssen zu den Z th(j-a)
-Werten die Zusatzwärmewiderstände Z (th)z
addiert
werden, die das Pulsieren der Sperrschichttemperatur im Takt der Betriebsfrequenz berücksichtigen.
Da die Werte für den Zusatzwärmewiderstand bei Netzfrequenzen von 40 bis 60 Hz nur
einen kleinen Beitrag zum Gesamtwärmewiderstand liefern (bei höheren Frequenzen wird dieser
Beitrag noch kleiner, bei niedrigeren Frequenzen kann er aber nicht vernachlässigt werden), werden
sie oft vernachlässigt. Die Tabelle der Zusatzwärmewiderstände ist daher in vielen Datenblättern
von Leistungsdioden nicht zu finden. Bei Thyristoren muss, wie schon erwähnt, Z (th)z
unter
allen Umständen in die Berechnung einbezogen werden.
4.1.2.3 Belastungen bei höheren Frequenzen
Schaltverluste werden bei Netzgleichrichtern vernachlässigt. Sie liegen bei 50 Hz ca. bei 1...2%
der Leitverluste und sind damit von der Designreserve mit abgedeckt. Bis etwa 200 Hz sind die
Verlustleistungskurven aus dem vorherigen Abschnitt anwendbar, da sich die steigenden Schaltverluste
und der geringere Temperaturrippel bei höherer Netzfrequenz teilweise kompensieren.
Für noch höhere Frequenzen ist jedoch ein Derating des Stromes notwendig. Bei 500 Hz muss
beispielsweise mit zusätzlichen 15…20% Schaltverlustanteil gerechnet werden.
4.1.2.4 Stoßstrom - Grenzwerte bei Zeiten unter und über 10 ms
Die Diode muss im Kurzschlussfall den aus Netzimpedanz und Netzspannung berechneten
Stossstrom überleben. Ein ungeladener Kondensator als Last ist einem Kurzschluss vergleichbar.
-tp1
th
-T
th
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