Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
Wirkung der parasitären Elemente/Gegenmaßnahmen
Gesamtkommutierungskreisinduktivität
Im Kommutierungskreis mit T1 und D2 wirkt als Gesamtkommutierungskreisinduktivität die Summe
aus L 11
, L 61
, L 31
, L 41
, L 72
, L 52
und L 12
. In gleicher Weise ist im Kommutierungskreis mit D1 und
T2 die Summe aus L 11
, L 71
, L 51
, L 62
, L 32
, L 42
und L 12
wirksam.
Beim aktiven Einschalten von T1 bzw. T2 wirkt die Gesamtkommutierungskreisinduktivität als Einschaltentlastung
und reduziert die Einschaltverluste in T1 bzw. T2 (vgl. Kap. 5.9).
Beim aktiven Ausschalten von T1 und T2 sowie beim Rückstromabriss von D1 und D2 werden
jedoch aufgrund hoher Stromänderungsgeschwindigkeiten durch die Kommutierungskreisinduktivität
Schaltüberspannungen an den Transistoren und Dioden verursacht. Das erhöht die Ausschaltverluste
und die Spannungsbeanspruchung der Leistungshalbleiter.
Besonders kritisch ist dieser Effekt bei der Beherrschung von Kurzschluss- und Überlastfällen (vgl.
Kap. 5.7). Außerdem können in Verbindung mit den parasitären Kapazitäten unerwünschte hochfrequente
Schwingungen im Frequenzbereich von einigen MHz generiert werden.
Deshalb muss in hart schaltenden Umrichtern die Gesamtinduktivität im Kommutierungskreis unbedingt
minimiert werden. Mit Ausnahme der Komponenten L 11
und L 12
handelt es sich um modulinterne
Induktivitäten, auf die der Anwender keinen Einfluss hat. Hier liegt die Verantwortung bei den
Herstellern von Leistungsmodulen, die durch Verbesserung der Modulaufbautechnik ständig an der
Minimierung der internen Induktivitäten arbeiten (vgl. Kap. 2.4.).
SEMIKRON gibt in den Datenblättern Werte für die an den Modulanschlussklemmen wirksamen
internen Induktivitäten an (Bsp.: SKM300GB12T4: L CE
= typ. 15 nH; Bsp.: SEMiX252GB126HDs:
L CE
= typ. 18 nH).
Handelt es sich bei Modulen um Einzelschaltermodule (1 IGBT/MOSFET + 1 Inversdiode), so
müssen bei der Realisierung einer Umrichterphase bzw. eines Kommutierungskreises die beiden
Module so induktivitätsarm wie möglich verbunden werden.
Besonders wichtig ist eine induktivitätsarme Zwischenkreisleistungsverschienung. Das betrifft sowohl
die Verschienung der Zwischenkreiskondensatoren untereinander als auch die Ankopplung
der Leistungsmodule an den Zwischenkreis. Hier haben sich in der Praxis auf die Umrichterkonstruktion
angepasste laminierte Bus-Bar-Systeme (eng parallelgeführte Plattensysteme) durchgesetzt,
mit denen Verschienungsinduktivitäten bis in den 20...50 nH-Bereich realisierbar sind.
Die Wirkung der verbleibenden Restinduktivität L 11
+L 12
auf die Leistungshalbleiter kann durch
den Anschluss von C-, RC- oder RCD-Beschaltungen direkt an den Zwischenkreisklemmen der
Leistungsmodule weiter vermindert werden [AN1]. In den meisten Fällen wird eine einfache C-
Beschaltung mit MKP-Kondensatoren im Bereich von 0,1...2 µF vorgenommen. In Niedervolt-
Hochstrom-Anwendungen stellt eine gedämpfte RC-Beschaltung häufig die optimale Lösung dar.
emitter-/sourceseitige Induktivitäten
Die Komponenten L 31
bzw. L 32
der emitter-/sourceseitigen Induktivitäten liegen sowohl im Leistungskreis
als auch im Ansteuerkreis der Transistoren.
Bei schnellen Änderungen des Transistorstromes werden Spannungen induziert, die als Gegenkopplung
im Ansteuerkreis wirken (Emitter-/Sourcegegenkopplung). Dadurch kommt es zu einer
verlangsamten Aufladung der Gate-Emitter-Kapazität beim Einschalten bzw. einer verlangsamten
Entladung der Gate-Emitter-Kapazität beim Ausschalten, wodurch die Schaltzeiten und -verluste
steigen.
Die Emittergegenkopplung kann vorteilhaft zur Begrenzung der Kollektorstromanstiegsgeschwindigkeit
bei modulnahen Lastkurzschlüssen ausgenutzt werden.
Um die Induktivitäten L 31
und L 32
zu minimieren, sind bei Leistungsmodulen gesonderte Steueremitteranschlüsse
herausgeführt.
Werden mehrere BOTTOM-Treiberstufen eines Umrichters aus einer gemeinsamen auf Zwischenkreisminus
bezogenen Betriebsspannung versorgt, können die zwischen den Masseanschlüssen
der Treiber und dem Minuspotential des Zwischenkreises liegenden parasitären Induktivitäten unerwünschte
Schwingungen in den Masseschleifen verursachen. An dieser Stelle bietet sich eine HF-
325