Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

4 Applikationshinweise für Thyristoren und Netzdioden
Bild 4.4.14 Bimetall-Thermostat zum Aufschrauben auf einem Halbleiter-Kühlkörper; a) Ausführung mit
öffnendem Kontakt in Ruhestellung; b) dieselbe Ausführung nach Überschreiten der Ansprechtemperatur;
Die Mitte der Bimetallscheibe ist nach oben geschnappt und hat den Kontakt geöffnet;
c) Ausführung mit schließendem Kontakt nach Überschreiten der Ansprechtemperatur
Temperaturabhängige Widerstände
Temperaturabhängige Widerstände haben gegenüber den Bimetall-Thermostaten den Vorteil,
dass sie rascher auf Temperaturänderungen ansprechen, so dass sich ein geringerer Sicherheitsabstand
zwischen dem Betriebsstrom und dem Mindeststrom für das Auslösen der Schutzeinrichtung
ergibt. Zur Umwandlung der Widerstandsänderung in ein Signal, das beispielsweise ein
Schütz betätigen kann, ist eine zusätzliche elektronische Schaltung erforderlich.
Temperaturabhängige Widerstände können auch in Module integriert werden und dort beispielsweise
auf dem Isoliersubstrat aufgelötet sein. Die Reaktion solcher integrierter Temperatursensoren
ist deutlich schneller als die von auf dem Kühlkörper angebrachten Sensoren, reicht aber auf
keinen Fall aus, um Anstiege der Chiptemperatur durch steile Überströme immer rechtzeitig vor
einer Schädigung des Chips zu erkennen. Eingesetzt werden Widerstände auf Siliziumbasis mit
positivem Temperaturkoeffizienten (PTC), bei denen der Widerstand mit der Temperatur ansteigt,
aber auch Widerstände mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC), bei denen der Widerstand
mit steigender Temperatur sinkt.
4.4.6 Schutz von Dioden und Thyristoren bei Kurzschluss
IGBT und MOSFET begrenzen den Strom im Kurzschlussfall auf etwa das 6 - 8fache des Nennstromes
und werden durch den Kurzschlussstrom nicht geschädigt, wenn das Bauelement innerhalb
von 6 bis 10 µs über das Gate abgeschaltet wird. Im Gegensatz dazu begrenzen Dioden und Thyristoren
den Kurzschlussstrom nicht. Sie müssen daher beim Auftreten eines Kurzschlusses durch
externe Maßnahmen geschützt werden.
Die Siliziumtablette in einem Thyristor oder einer Gleichrichterdiode hat eine sehr geringe Wärmekapazität
und kann deshalb von starken, rasch ansteigenden Überströmen, wie sie vor allem bei
Kurzschlüssen auftreten, innerhalb weniger Millisekunden zerstört werden. Die üblichen Niederspannungssicherungen,
selbst in ihrer flinken Ausführung, sind daher nicht geeignet, Gleichrichterdioden
und Thyristoren vor der Zerstörung bei Kurzschlüssen zu schützen. Es müssen vielmehr
spezielle Sicherungen verwendet werden, die als überflinke, superflinke, ultraflinke Sicherungen
oder einfach Halbleitersicherungen angeboten werden.
Die häufigsten Kurzschlussursachen bei Stromrichtern sind:
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Kurzschluss der Last oder der Verbindungsleitungen zwischen Stromrichtergerät und Last
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Kurzschluss in einer Gleichrichterdiode oder in einem Thyristor durch Verlust der Sperrfähigkeit
(Spontanausfall)
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bei Wechselrichtern oder Umrichtern Kippen infolge eines Zündfehlers
Schaltet man in Reihe zu jeder Gleichrichterdiode und jedem Thyristor, soweit sie in den Hauptzweigen
der Stromrichterschaltung eingesetzt sind, eine Halbleitersicherung, so kann man diese
Halbleiterbauelemente in allen genannten Kurzschlussfällen vor der Zerstörung schützen. Zugleich
sind damit auch alle übrigen im Hauptstromkreis liegenden Teile der Anlage geschützt, denn
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