Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
T j
T j(av)
P
T
t
t p
t
Bild 5.2.12 Temperaturverlauf bei periodischer Pulslast
Die mittlere Sperrschichttemperatur T j(av)
ergibt sich aus dem Produkt von stationärem Wärmewiderstand
R th
und der mittleren Gesamtverlustleistung P av
. Diese erhält man durch die Mittelung der
Verlustenergien pro Puls über die gesamte Periodendauer T. Die maximale Sperrschichttemperatur
am Ende des Verlustleistungspulses P(t p
) ergibt sich aus
-tp
T (t
j
p
) P
n
1
R
th
1-
e
1-
e
th
-T
th
Bei Pulsdauern im Millisekundenbereich treten bereits merkliche Temperaturhübe auf. Ab einigen
100 ms hat sich bereits eine stationäre Temperaturdifferenz zwischen Chip und Gehäuse eingestellt.
5.2.2.4 Sperrschichttemperatur bei Grundschwingungsfrequenz
Die Berechnung der mit der Grundschwingungsfrequenz des Umrichterausgangsstromes zeitlich
verlaufenden Sperrschichttemperatur ist nur mit PC-Unterstützung sinnvoll durchführbar. Dabei
müssen sowohl das thermische System als auch das elektrische System pro Pulsperiode durchgerechnet
werden, um die Sperrschichttemperatur von IGBT und Freilaufdiode über eine Sinushalbwelle
aufzuintegrieren. Das thermische Modell entspricht im wesentlichen dem Bild 5.2.5 mit
der Nachbildung der thermischen Impedanzen durch Exponentialfunktionen.
Mit Vorgabe der aktuellen Wechselrichterparameter wie Zwischenkreisspannung- und Laststrommomentanwert
können die Schaltverlustenergien pro Puls aus abgespeicherten Kurven ermittelt
werden. Der Momentanwert der Sperrschichttemperatur geht über die Temperaturkoeffizienten
in die laufenden Berechnungen ein. Bild 5.2.13 zeigt den simulierten zeitlichen Verlauf und den
Mittelwert der Verlustleistung in einem IGBT sowie die daraus resultierenden Verläufe der Sperrschichttemperatur
bei verschiedenen Ausgangsgrundschwingungsfrequenzen.
T j/T [°C]
110
100
90
80
70
60
50
f ourt ->0Hz
5Hz
50Hz
2
ϑ [rad]
4
P tot/T [W]
160
140
120
100
80
T javg 60
40
20
0
ϑ [rad]
Bild 5.2.13 Simulierte Sperrschichttemperatur- und Verlustleistungsverläufe eines 1200 V/50 A-IGBT im
Wechselrichterbetrieb bei unterschiedlichen Ausgangsgrundschwingungsfrequenzen; [37]
v d
= 540 V; i 1eff
= 25 A, f s
= 8 kHz; cos j = 0,8; m = 0,8; T h
= 50°C
2
P totavg
4
293