Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
Der Einfluss zusätzlicher Ausbreitungswege über die Energie- und Informationsübertragungsstrecken
der Ansteuerschaltungen ist u.a. in [60] untersucht worden.
5.4.2.4 Weitere Ursachen elektromagnetischer Störungen
Im Kap. 5.4.2.2 wird die getaktete Betriebsweise leistungselektronischer Halbleiterschalter mit
steilen Schaltflanken und die darin enthaltenen Frequenzanteile von Strom und Spannung als eine
der Hauptursachen elektromagnetischer Störungen diskutiert. Für eine umfassendere Beschreibung
des EMV-Verhaltens leistungselektronischer Systeme ist diese Betrachtung jedoch keineswegs
ausreichend.
Beispielsweise in [17] werden neben den schaltungsprinzipbedingten Ursachen (Störfrequenzen im
Bereich von 100 Hz - 30 MHz) weitere bauelementebedingte Schwingungseffekte als Ursachen
elektromagnetischer Störungen beschrieben, die wie folgt zusammengefasst werden können:
LC-Oszillationen
(1) Schwingungen beim Schalten einzelner Leistungshalbleiter (IGBT, MOSFET, Diode)
Ursache: Anregung von Schwingkreisen, bestehend aus den nichtlinearen Eigenkapazitäten der
Leistungshalbleiter und der parasitären Schaltungsumgebung (L,C)
Störfrequenzbereich: 10 - 100 MHz
Gegenmaßnahme: konstruktive Layoutoptimierung, Reduzierung der Schaltgeschwindigkeit, Beschaltungsmaßnahmen
(2) Schalt-Oszillationen bei parallel/seriell geschalteten IGBT/MOSFET/Dioden-Chips in Modulen
oder Press-Packs:
Ursache: Parametertoleranzen zwischen den Chips; Unsymmetrien im Layout der Parallel-/Seriellschaltung;
gilt auch für die Parallel-/Seriellschaltung diskreter Einzelbauelemente und Module
Störfrequenzbereich: 10 - 30 MHz
Gegenmaßnahme: konstruktive Layoutoptimierung (Symmetrierung), angepasste Gatevorwiderstände,
Chipoptimierung, Reduzierung der Schaltgeschwindigkeit, Beschaltungsmaßnahmen
Ladungsträgerlaufzeit-Oszillationen
(1) PETT-Schwingungen (Plasma Extraction Transit Time)
Ursache: Treten beim Abschalten eines bipolaren Bauelementes (IGBT, Soft-Recovery-Diode) während
der Tailstromphase auf; Raumladungszone trifft auf den Ladungsträgerberg (freie Ladungsträger)
auf, der den Tailstrom bildet; PETT-Schwingung tritt als abgestrahlte elektromagnetische Störung auf
Störfrequenzbereich: 200 - 800 MHz
Gegenmaßnahme: im Moduldesign LC-Kreise vermeiden, deren Resonanzfrequenz im Bereich der
PETT-Schwingung liegt
(2) IMPATT-Schwingungen (Impact Ionisation (Avalanche) Transit Time)
Ursache: dynamischer Vorgang beim Abschalten einer Diode; das elektrische Feld trifft auf den verbliebenen
Ladungsträgerberg (freie Ladungsträger); Diode geht dynamisch in den Avalanche (Stoßionisation),
IMPATT-Schwingung tritt als energiereiche, abgestrahlte elektromagnetische Störung auf
Störfrequenzbereich: 200 - 900 MHz
Gegenmaßnahme: Optimierung des Chip-Designs
5.4.2.5 Entstörmaßnahmen
Die übliche Praxis zur leitungsgebundenen Funkentstörung stützt sich auf den Einsatz handelsüblicher
Filtersätze bzw. Standard-Filtertopologien, die an den netz- und lastseitigen Geräteanschlusspunkten
angeordnet werden. Entsprechend der für eine bestimmte Produkt- und Anwendungsgruppe
vorgeschriebenen Grenzwertkurven (in nationalen und internationalen Standards
sowohl für leitungsgebundene als auch für strahlungsgebundene EMV bzgl. Aussendung und Immunität
definiert) werden mittels Netznachbildung und normgerechtem Versuchsaufbau verschiedenartige
Filter eingesetzt, bis in allen Frequenzbereichen die Grenzwerte eingehalten werden.
Bei dieser meist empirischen Vorgehensweise werden häufig aufwendige und kostenmäßig nicht
optimale Filter zum Einsatz gebracht. Der Einsatz von Simulationstools zur Auslegung und Optimierung
des gesamten EMV-Systems ist im Einzelfall zu entscheiden und zu bewerten, da der
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