Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
V GG+
i C
i 1 >> i 2
v meas
i 2 i 1
R Sense
v meas
v CE
a) b)
Bild 5.7.10 Fehlerstromerkennung durch a) Stromspiegelung und b) v CEsat
-Überwachung
Stromspiegelung mit Sense-IGBT
Bei einem Sense-IGBT sind einige wenige Zellen zu einem Sense-Emitter zusammengefaßt, so
dass zwei parallele Stromzweige entstehen. Über den Messwiderstand R Sense
kann die Information
über den fließenden Kollektorstrom gewonnen werden. Bei R Sense
= 0 ergibt sich eine ideale Stromaufteilung
zwischen den beiden Emittern entsprechend dem Verhältnis der Anzahl der Sense-
Zellen zur Gesamtzellenzahl. Mit Erhöhung von R Sense
verringert sich der durch den Messkreis
fließende Strom durch die Gegenkopplung des Messsignales.
Deshalb sollte für eine hinreichend genaue Messung des Kollektorstromes der Widerstand R Sense
im
Bereich von 1...5 W liegen.
Wird die Abschaltstromschwelle nur geringfügig über den Nennstrom des Transistors gelegt, so
muss die Stromüberwachung während der Rückstromspitze beim Einschalten auf eine stromführende
Freilaufdiode ausgeblendet werden.
Bei sehr großen Sense-Widerständen (R Sense
→ ∞) entspricht die Messspannung der Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung,
so dass die Stromspiegelung in eine v CEsat
-Überwachung überführt wird.
v CEsat
-Überwachung
Die v CEsat
-Überwachung nutzt den im Transistordatenblatt angegebenen Zusammenhang zwischen
Kollektorstrom und Kollektor-Emitter-Spannung (Durchlassspannung, Ausgangskennlinienfeld).
Dazu wird die Kollektor-Emitter-Spannung mit einer hochsperrenden schnellen Diode erfasst und
mit einem Referenzwert verglichen. Bei Überschreitung des Referenzwertes erfolgt die Fehlermeldung
und das Ausschalten des Transistors. Durch die schnelle Entsättigung des Transistors können
Kurzschlüsse sehr gut erfasst werden. Tritt im Fehlerfall keine Entsättigung des Transistors ein (z.B.
bei langsam ansteigenden Erdschluss- und Überströmen), kann die v CEsat
-Überwachung zur Fehlererkennung
nur begrenzt eingesetzt werden.
Um den IGBT im Normalbetrieb sicher Einschalten zu können, muss die v CEsat
-Überwachung so lange
ausgeblendet werden, bis die Kollektor-Emitter-Spannung den Wert der Referenzspannung unterschritten
hat (vgl. Kap. 5.6.4). Da während dieser Zeit kein Kurzschlussschutz besteht, muss die
Ausblendzeit kleiner als t sc_max
sein.
Die Temperaturabhängigkeit der Ausgangskennlinie sowie Parametertoleranzen wirken sich ungünstig
auf das Verfahren der v CEsat
-Überwachung aus. Der wesentliche Vorteil gegenüber der
Stromspiegelung mit Sense-IGBT ist jedoch, dass das Schutzkonzept auf jeden Standard-IGBT/
MOSFET angewendet werden kann.
Fehlerstromabsenkung
Der Schutz des Transistorschalters wird durch Absenkung bzw. Begrenzung hoher Fehlerströme
insbesondere bei Kurzschlüssen und niederimpedanten Erdschlüssen verbessert.
Wie im Kap. 5.7.2 erläutert, kommt es beim Eintritt des Kurzschlusses II zu einer dynamischen
Kurzschlussstromüberhöhung aufgrund der Anhebung der Gate-Emitter-Spannung durch hohe
dv CE
/dt-Werte.
Die Amplitude des Kurzschlussstromes kann durch die Begrenzung der Gate-Emitter-Spannung
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