Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
Der absolute Maximalwert der Steuerspannung V GG
für beide Polaritäten ist entsprechend der
Spannungsfestigkeit der Gateisolation zu dimensionieren, die für heutige Leistungs-MOSFETund
IGBT-Module meist mit 20 V im Datenblatt spezifiziert ist. Diese Spannung darf – auch transient
– nicht überschritten werden, was während des Ausschaltens u.U. besondere Maßnahmen
erfordert, vgl. Kap. 5.6.2 und Kap. 5.7.3.
Da andererseits R DS(on)
bzw. V CEsat
mit steigender Gatespannung sinken, wird eine positive Steuerspannung
empfohlen, die im stationären EIN-Zustand eine Gatespannung von
V GS
= +10 V bei Leistungs-MOSFET-Modulen bzw.
V GE
= +15 V bei IGBT-Modulen
sicherstellt. Diese Werte sind als Messbedingung auch den meisten Datenblattangaben zugrunde
gelegt. Bei sogenannten Niedervolt-Logic-Level-MOSFET ist eine positive Steuerspannung von
+5 V ausreichend.
Wie in Bild 5.6.2 zu sehen ist, sollte die Gatespannung für IGBT-Module beim Ausschalten und im
Aus-Zustand negativ gegenüber Emitterpotential sein; empfohlene Werte sind -5...-8...-15 V.
Während des gesamten Ausschaltvorganges (auch bei V GE
nahe V GE(th)
) wird so ein ausreichend
hoher negativer Gatestrom aufrechterhalten, um kurze Schaltzeiten zu erzielen.
Ein noch schwerwiegenderer Nachteil beim Sperren von IGBT in einer Brückenschaltung mit
V GE
= 0 V zeigt sich während der dv CE
/dt-Beanspruchung des ausgeschalteten Transistors zum
Zeitpunkt des Rückstromabrisses in seiner parallelen Inversdiode (Bild 5.6.3).
v GE1
v GE(th)
Driver
+15V/0V
R G
i C1
T1
i F1
D1
v GE2
t dead
v GE1
i
F2, vCE2
i L
i C2
i L
i F2
v CE2
Driver
+15V/0V
RG
C GC2
i V
v GE2
v CE2
T2
D2
i F2
i
C1, iC2
i
C1
= i
L+ iC2 -iF2
a)
i L
b)
i C2
Bild 5.6.3 Querstrom in einem IGBT-Brückenzweig infolge dv CE
/dt-Aufsteuerung von T2
a) Prinzipschaltung, b) Strom- und Spannungsverläufe
Der steile Anstieg der Kollektor-Emitter-Spannung v CE2
beim Rückstromabriss von D 2
bewirkt einen
Verschiebestrom i V
durch dessen Gate-Kollektor-Kapazität C GC2
, vgl. Kap. 2.4.2.2.
i V
= C GC
· dv CE
/dt,
der über dem Widerstand R G
(bzw. R GE/RG
) einen Spannungsabfall verursacht. Wird v GE
dadurch
höher als die Schwellenspannung V GE(th)
, wird T2 während des Rückstromabrisses in den aktiven
Bereich gesteuert (Querstrom, Zusatzverluste in T1 und T2).
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