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5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
zeitliche Aufwand für Modellbildung und Parametrierung nicht unerheblich ist. Grundsätzlich zielführend
ist ein Schaltungsentwurf einschließlich der konstruktiven Umsetzung, bei dem von Beginn
der Entwicklungsarbeiten an die Optimierung von Ausbreitungswegen von der Entstehungsursache
bis zu möglichen Messpunkten berücksichtigt wird. Optimierung bedeutet dabei entweder
durch den Einsatz selektiver Sperrkreise die Ausbreitungswege hochohmig für die Störströme
auszuführen oder durch den Einsatz von selektiven Saugkreisen niederohmige Kurzschlusspfade
für die Störströme zu schaffen.
Anhand von Bild 5.4.3 werden nachfolgend einzelne Maßnahmen erläutert.
Symmetrische Störströme schließen sich über die Kapazität der eingeprägten Kommutierungsspannung.
Bei einer idealen Kapazität, die ohne Leitungsimpedanzen an die Anschlusspunkte
von Schalter 1 und Schalter 2 angeschlossen ist, wäre ein Kurzschlusspfad für die Störströme
vorhanden. Messbare Funkstörspannungen entstehen dann über die Spannungsschwankungen
an der Kapazität, die über den parallel zu ihr wirksamen Stromkreisen einen Stromfluss bewirken.
Alle Maßnahmen zur Reduzierung symmetrischer Störströme zielen aus diesem Grunde darauf
ab, parallel zu den Anschlussleitungen der Kommutierungsspannung entsprechend gestaffelte
Saugkreise anzuordnen. Der Aufwand reduziert sich in dem Maße, wie es gelingt, möglichst ideale
Kapazitäten (geringe Eigeninduktivitäten und ohmsche Anteile) bzw. aktive Filter als Saugkreis so
dicht wie möglich an die Anschlusspunkte der Schalter zu bringen.
Asymmetrische Störströme breiten sich grundsätzlich über die Erdleitung aus. Es kommt bei der
Entstörung darauf an, die Impedanzen aller Schaltungspunkte mit steilen Potentialsprüngen gegenüber
Erdpotential sehr hochohmig auszuführen und gleichzeitig das springende Potential auf
die nicht vermeidbaren Anschlusspunkte zu begrenzen. Am Beispiel der Ersatzschaltung nach
Bild 5.4.3 kommen als Entstörmaßnahmen deshalb zunächst die Verminderung der parasitären
Koppelkapazitäten der potentialtrennenden Schaltungsteile der Treiberstufen und der über die
Modulbodenplatte und den Kühlkörper wirksamen Kapazitäten in Betracht. Werden die Treiberstufen
sowohl mit der Schaltinformation als auch mit Hilfsenergie nicht vom neutralen Potential aus
versorgt, fließen die Verschiebungsströme nicht über die Erdleitung, d.h. der Stromkreis schließt
sich im Gerät. Es fließen keine asymmetrischen Störströme. Im Ausbreitungsweg über die Bodenplatte
lassen sich durch optimierte Modulkonstruktionen und -materialien die Störströme reduzieren
[38]. Mit den genannten Maßnahmen in räumlicher Nähe der Leistungshalbleiterchips kann
man erheblich reduzierte Störströme erzielen, wie Bild 5.4.7 anhand eines speziell modifizierten
IGBT-Moduls belegt [38].
dBµV
100
EMI-Spectra NPT-IGBT-Module
Standard
80
60
Modified Module
40
20
0.01 0.1 f / MHz 1 10 30
Bild 5.4.7 Vergleich der Funkstörspektren eines Standard-IGBT-Moduls und eines EMI-optimierten IGBT-
Moduls [38];
Arbeitspunkt: Zwischenkreisspannung = 450 V; Laststrom = 20 A
Pulsfrequenz = 5 kHz
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