Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
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Vermeidung von Masseschleifen
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Vermeidung transformatorischer und kapazitiver Kopplungen zwischen Gate- und Kollektor-/
Drain-Kreis (Schwingungsneigung)
In die Signalwege zur Störunterdrückung eingefügte Tiefpassfilter, Impulsformer und pulsbreitengetriggerte
Flip-Flops müssen in ihren Verzögerungszeiten den höchstzulässigen Mindestimpulsdauern
und den im Fehlerfall notwendigen Reaktionszeiten Rechnung tragen.
Für ergänzende Informationen vgl. [AN3].
5.6.4 Schutz- und Überwachungsfunktionen
Um in Fehlerfällen die betroffenen MOSFET- oder IGBT-Module schnell und wirkungsvoll zu
schützen, ist die Implementierung verschiedener Schutzfunktionen in den Treiber sinnvoll, z.B.
Überstrom- und Kurzschlussschutz, Schutz vor zu hoher Drain-Source- bzw. Kollektor-Emitter-
Spannung, Gate-Überspannungsschutz, Übertemperaturschutz und eine Überwachung der Gatesteuerspannungen
V GG+
und V GG-
.
An dieser Stelle soll anhand Bild 5.6.8 die Einbindung der Schutzeinrichtungen in den Treiber
beschrieben werden. Auf die Realisierung und Dimensionierung wird im Kap. 5.7 eingegangen.
Überstrom- und Kurzschlussschutz
Das Stromsignal kann als analoge Größe (Messung z.B. über Shunt, Stromwandler, R DS(on)
des angesteuerten
Leistungs-MOSFET oder Sense-Source- bzw. Emitteranschluss) oder als Überschreitung
eines Grenzwertes (Entsättigung des IGBT) generiert werden. Durch Soll-Istwert-Vergleich
mit einem festgelegten Grenzwert wird der Fehlerfall detektiert und entweder bereits auf Schalterpotential
oder – bei potentialtrennenden Messgliedern – im Primärkreis des Treibers zum Setzen
eines Fehlerspeichers (ERROR-Status) benutzt, der die Leistungstransistoren bis zum Anlegen
eines RESET-Signales sperrt.
Bei sekundärseitigem Fehlerspeicher wird dessen Statussignal über ein Potentialtrennglied auf
die Primärseite übertragen. Werden potentialtrennende, genaue Stromsensoren (z.B. bei SKiiP)
benutzt, kann deren Ausgangssignal außerdem als Istwert einer übergeordneten Regelung dienen.
Gate-Überspannungsschutz
Im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Schutzeinrichtungen muss der Gateschutz u.U. periodisch
die Gatespannung begrenzen, ohne dass ein unmittelbarer Fehlerfall vorliegt, der ein
Ausschalten der Leistungstransistoren erfordert. Es besteht deshalb keine Verbindung zum Fehlerspeicher.
Weitere Details sind in den Kap. 5.7.3 beschrieben.
Schutz vor zu hoher Drain-Source- bzw. Kollektor-Emitter-Spannung
Eine Spannungsbegrenzung über den Hauptanschlüssen des Leistungstransistors kann durch
diesen selbst (avalanchefeste MOSFET), durch passive Netzwerke oder eine aktive Schaltung
erfolgen, die bei zu hoher Spannung für ein definiertes Aufsteuern des Transistors sorgt (vgl. Kap.
5.7.3).
Eine einfache Schutzeinrichtung, die jedoch keine Schalt- und anderen schnellen Überspannungsspitzen
erfasst, ist optional (Option „U“) in den Treibern der SKiiP in Form einer statischen Überwachung
der Zwischenkreisspannung implementiert. Ein Messglied mit „Quasi“-Potentialtrennung
erfasst den Zwischenkreisspannungs-Istwert, stellt diesen als analogen Istwert einer übergeordneten
Regelung zur Verfügung und setzt bei Überschreitung eines Grenzwertes ebenfalls den
Fehlerspeicher in den ERROR-Status. Bei rückspeisenden Lasten können durch Ansteuerung
eines Bremschoppers auch die Zwischenkreiskondensatoren geschützt werden.
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