Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
LK
2
iK
External OV
Overvoltages (OV)
Internal OV
periodic
aperiodic
Transient Spike in v K
vK
RL
L L
S1
iL
vS1
Switching-OV
diK
LK
dt
Asymmetries in Series
Connected Devices
LK
2
S2
vS2
L K = ... 0,1 µH ...
VSI
L K = ...1...50 µH static
ZCS-Technique
LStray
of Transformers
dynamic
SMPS
L K = ...1...10 mH
Line-Commutated Converter
CSI (dc-link current breaking)
Bild 5.7.2 Arten von Überspannungen
Bezogen auf den Kommutierungskreis können Überspannungen prinzipiell in extern und intern
verursachte unterschieden werden.
Unter einer „externen Überspannung“ soll in diesem Zusammenhang eine transiente Überhöhung
der eingeprägten Kommutierungsspannung v K
verstanden werden. Derartige Vorgänge können
beispielsweise in Gleichspannungsnetzen elektrischer Bahnen aber auch in jedem Energieversorgungsnetz
auftreten. In gleicher Weise sind hier transiente Überhöhungen der Zwischenkreisspannung
einzuordnen (z.B. durch rückspeisende aktive Lasten oder Regelungsfehler in Pulsumrichtern).
„Interne Überspannungen“ entstehen u.a. durch das Ausschalten der leistungselektronischen
Schalter gegen die Induktivität L K
des Kommutierungskreises (Dv = L K
· di K
/dt) oder durch von
Schaltvorgängen verursachte Schwingungsvorgänge.
Die folgenden Fälle sind charakteristische Beispiele für das Entstehen von Schaltüberspannungen:
--
aktives Ausschalten des Laststromes i L
durch die aktiven Elemente der Schalter S 1
und S 2
im
Normalbetrieb eines Umrichters:
In vielen Schaltnetzteilapplikationen wird beispielsweise die Induktivität L K
durch die Streuinduktivität
von Transformatoren gebildet, die durchaus in der 1-100 µH - Größenordnung liegen kann.
--
Rückstromabriss während des passiven Ausschaltens (reverse recovery) von schnellen Dioden
in hart schaltenden Umrichtern und Umrichtern mit Nullstromschaltern (ZCS):
Im letzteren Fall kann ebenfalls eine prinzipbedingt vergrößerte Kommutierungsinduktivität im
10 µH - Bereich vorhanden sein (vgl. Kap. 5.9).
--
hohe Stromänderungsgeschwindigkeiten (...10 kA/µs...) beim Eintritt von Kurzschlüssen sowie
beim Abschalten von Kurzschlussströmen in Umrichtern mit Spannungszwischenkreis,
--
aktive Unterbrechung von durch große Induktivitäten eingeprägten Strömen in Umrichtern mit
Stromzwischenkreis (Fehlerfall).
Des Weiteren können Überspannungen an leistungselektronischen Bauelementen durch statische
oder dynamische Unsymmetrien bei der Reihenschaltung von Schaltern generiert werden (vgl.
Kap. 5.8).
Überspannungen können sowohl periodisch (...Hz...kHz...) als auch aperiodisch im Normalbetrieb
und Fehlerfall von Umrichtern auftreten.
Ursachen für Überspannungen zwischen Steueranschlüssen:
Zwischen den Steueranschlüssen von IGBT und MOSFET können Überspannungen entstehen
durch:
--
Fehler in der Versorgungsspannung der Treiberstufe,
--
dv/dt-Rückkopplung über Millerkapazität (z.B. im Kurzschluss II, vgl. Kap. 5.7.2),
--
di/dt-Emitter-/Source-Gegenkopplung (vgl. Kap. 5.4.1),
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