Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
P
sw (T)
f
sw
E
onoff
mit
Î 1
:
V ce0
(T j
):
r ce
(T j
):
I ref
, V ref
, T ref
:
K v
:
TC Esw
:
2 I
I
out
ref
V
V
cc
ref
K V
1
TC
Esw
(T
T
Amplitudes des Umrichterausgangsstromes =1,41×I out
temperaturabhängige Schwellspannung der Durchlasskennlinie
temperaturabhängiger Bahnwiderstand der Durchlasskennlinie
Referenzwerte der Schaltverlustmessung aus dem Datenblatt
Exponenten für Spannungsabhängigkeit der Schaltverluste ~1,3…1,4
Temperaturkoeffizienten der Schaltverluste ~ 0,003 1/K.
Dabei wird praktisch davon ausgegangen, dass die Schaltverluste des IGBT während einer Sinushalbwelle
des Stromes etwa identisch sind mit den Schaltverlusten bei einem äquivalenten
Gleichstrom, der dem Mittelwert der Sinushalbwelle entspricht.
Für die Diode gilt entsprechend:
v
F(t)
VF0
rF
iF(t)
VF0
rF
î1
sin t
Unter Berücksichtigung der sinusförmigen Abhängigkeit des Tastverhältnisses von der Zeit ergeben
sich die Durchlassverluste der Diode D2 nach:
P
cond(D)
1 m cos( )
V
2
8
F0
1 m cos( )
(Tj
) Î
1
rF
(Tj
) Î
8 3
Für die Schaltverluste der Diode gilt nur näherungsweise:
P
sw(D)
f
sw
E
rr
2 I1
Iref
Ki
V
V
cc
ref
K V
1
TC
Err
(T T
V F0
(T j
): temperaturabhängige Schwellspannung der Durchlasskennlinie
r F
(T j
): temperaturabhängiger Bahnwiderstand der Durchlasskennlinie
K v
: Exponenten für Spannungsabhängigkeit der Schaltverluste ~ 0,6
K i
: Exponenten für Stromabhängigkeit der Schaltverluste ~ 0,6
TC Err
: Temperaturkoeffizienten der Schaltverluste ~ 0,006 1/K.
Die Schaltverlustformel der Diode gilt nur näherungsweise, da die Stromabhängigkeit der Schaltverluste
nicht linear (K i
≠ 1) ist. Dadurch sind die Schaltverluste der Diode während einer Sinushalbwelle
nicht mehr identisch mit den Schaltverlusten eines äquivalenten Gleichstroms, der dem
Mittelwert der Sinushalbwelle entspricht. Das erläuterte einfache Berechnungsverfahren liefert
für eine praktische Abschätzung der zu erwartenden Verluste im Umrichterbetrieb ausreichend
genaue Ergebnisse. Der Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass der Anwender alle dafür notwendigen
Parameter den Datenblättern der Module entnehmen kann.
5.2.2 Berechnung der Sperrschichttemperatur
5.2.2.1 Thermische Ersatzschaltbilder
Auf die Begriffe thermischer Widerstand bzw. thermische Impedanz und deren physikalische Bedeutung
wurde bereits im Kap. 2.5.2.2 eingegangen, hier geht es nur um die Arten der Modellierung.
Die Berechnung der Sperrschichttemperaturen basiert auf vereinfachten thermischen Ersatzschaltbildern
(Bild 5.2.5), bei denen dreidimensionale Gebilde auf eindimensionale Modelle
abgebildet werden. Dabei entstehen zwangsweise Fehler, da thermische Kopplungen zwischen
verschiedenen Bauelementen innerhalb eines Gehäuses oder auf einem Kühlkörper zeitabhängig
sind und vom elektrischen Arbeitspunkt (z.B. Aufteilung der Verluste zwischen Diode und IGBT)
der Bauelemente abhängig sind. Komplexere Modelle mit einer Matrix aus Kopplungselementen
sind unhandlich und schwer zu parametrisieren [37]. Müssen solche Effekte genauer berücksichtigt
werden, sind FEM Simulationen den hier vorgestellten analytischen Ansätzen vorzuziehen.
j
j
ref
ref
)
)
2
1
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