Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
5.6.6 Übertragung von Ansteuerinformation und -energie
Die von der Informationsverarbeitungsbaugruppe kommenden Steuersignale, in der Gegenrichtung
zu übermittelnden Status- und Fehlermeldungen, ggf. analoge Messwerte (Strom, Temperatur,
evt. Zwischenkreisspannung) sowie die Ansteuerleistung müssen potentialgetrennt zum Treiber
übertragen werden.
+
S TOP
P TOP
S TOP
P TOP
S TOP
P TOP
~
~
~
P
~
S BOT
S BOT
S BOT
S BOT
P BOT
P BOT
P BOT
a)
-
-
P BOT
P TOP
S BOT
S TOP
S BOT
P BOT
~
S BOT
b)
S TOP
S BOT
+
Bild 5.6.12 Prinzipien der Signal- und Energieübertragung (Auswahl)
STOP, SBOT: Steuersignal für TOP-/BOTTOM-Schalter
PTOP, PBOT: Ansteuerleistung für TOP-/BOTTOM-Schalter
a) Maximalvariante, b) gemeinsame Energieversorgung der BOTTOM-Treiber
c) Bootstrap-Prinzip, d) Level-Shifter-Prinzip
In den meisten Anwendungen erfolgt dies über optisch oder transformatorisch (magnetisch) arbeitende
Potentialtrennstellen bzw. durch „Quasi“-Potentialtrennglieder, wie die Bootstrap-Schaltung
(für die Ansteuerleistung) oder der Level-Shifter (für das Ansteuersignal).
Bild 5.6.12 zeigt schematisch die wichtigsten Grundkonfigurationen der Signal- und Energieübertragung.
In Bild 5.6.12a ist die zumeist angewandte Anordnung dargestellt, bei der jede Treiberschaltung
eigene Potentialtrennungen für Steuersignal (S) und Ansteuerleistung (P) besitzt. Aufgrund der
hohen Störsicherheit und der minimalen gegenseitigen Beeinflussung der Schalter wird diese Anordnung
bevorzugt angewendet (mit Ausnahme des low-cost-Bereiches).
Variante b), die für alle Treiber der BOTTOM-Transistoren eigene Potentialtrennungen für das
Steuersignal, jedoch nur eine gemeinsame Potentialtrennung für die Ansteuerleistung enthält,
wird vor allem im unteren Leistungsbereich angewandt und ist die bevorzugte Lösung in einer
Vielzahl von IPM.
Das Prinzip einer Bootstrapschaltung zur Leistungsversorgung des TOP-Schalters ohne „echtes“
Potentialtrennglied zeigt Bild 5.6.12c. In Bild 5.6.12d ist schematisch das Prinzip eines Level-
Shifters dargestellt, bei dem das Steuersignal S TOP
ohne galvanische Trennung über eine Hochvolt-Stromquelle
übertragen wird. Level-Shifter werden üblicherweise in monolithisch integrierten
Treiber-IC verwendet.
Wichtigste Anforderungen an Potentialtrennstellen sind eine ausreichend hohe statische Isolationsfestigkeit
(2,5...4,5... kV eff
, in entsprechenden Normen definiert; ggf. Teilentladungsprüfung)
und eine an die Applikation angepasste, ausreichend hohe dv/dt-Festigkeit (15...100 kV/µs).
Eine hohe dv/dt-Festigkeit wird über kleine Koppelkapazitäten (1..10 pF-Bereich) zwischen Primär-
zu Sekundärseite der Potentialtrennstelle erreicht. Damit werden Störungen der Signalübertragung
durch Verschiebeströme während des Schaltens minimiert bzw. vermieden (Bild 5.6.12).
+
-
c)
d)
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