Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
an, der durch die Transfer- und Ausgangscharakteristik des IGBT (i c
= f(v CE
,v GE
)) vorgegeben ist (Bild
5.7.16).
Solange durch die in Reihe liegende Induktivität Strom eingeprägt wird, dauert der Clampingvorgang
an. Die Spannung über dem Transistor wird dabei von der Strom-Spannungs-Charakteristik des
Zenerelementes bestimmt. Der Transistor arbeitet im aktiven Bereich seiner Ausgangskennlinie
(!!SOA-Bereich!!) und setzt dabei die in L K
(häufig auch Streuinduktivität L S
genannt) gespeicherte
Energie in Wärme um (Bild 5.7.16). Bild 5.7.16 zeigt die Zusammenhänge anhand eines vereinfachten
Ersatzschaltbildes und typischer Verläufe.
collector current iC [A]
collector-emitter-voltage vCE [V]
30.88
19.991
9.1022
-1.7864
702.93
468.62
234.31
V Driverv
GE
D
R Goff
L K
A
C
v CE
i Z
B Z
S
i
current iZ [A]
1.7929
1.1809
current iZ [A]
-5.5511e-17
t = 200 ns / RE
1.8263
gate-emitter-voltage vGE [V]
0.56895
-0.04303
14.385
1.2029
5.8105
collector-emitter-voltage vCE [V]
0.57954
-0.043831
692.21
459.65
+
-
V LS
Load
-2.7637
-11.338
t = 500 ns / RE
V dc_link
L S
V CE_clamped
227.1
-5.4504
t = 200 ns / RE
i C
+
-
diC
V
dt L
LS
S
V
dc _ link
V
L
S
CE _ clamped
|V
CE_clamped| > |V
DC_link|
Bild 5.7.16 Vereinfachtes Ersatzschaltbild und typische Strom- und Spannungsverläufe beim actice clamping
eines IGBT (Variante A),
Beispiel: V dc_link
= 400 V, V CE_clamped
= 640 V, i C0
= 30 A, L S
= 10 mH, T j0
= 30°C, V GE_off
= -15 V
Die im Transistorschalter während des active clamping umgesetzte Schaltenergie berechnet sich
vereinfacht nach der Gleichung:
E
clamp
L
2
S 2
iC0
V
V
CE _ clamped
CE _ clamped
V
DC _ link
Die für die Anhebung der Gate-Emitter-Spannung zu Beginn des Clampingvorganges notwendige
Gateladestromspitze ist im Bild 5.7.16 deutlich zu erkennen.
Die Clampingschaltung kann entweder direkt am Gate oder in die Endstufe der Treiberschaltung
eingreifen.
Die Auswahl der Realisierungsvariante richtet sich nach der im Mittel im Zenerelement umgesetzten
Verlustleistung. Es gilt grundsätzlich: je höher die Spannungsdifferenz zwischen der Kommutierungsspannung
(Zwischenkreisspannung) und der Clampingspannung eingestellt wird, um so
geringer sind die Verluste in den Elementen der Clampingschaltung.
Als weitere Auswahlkriterien können unter Umständen die Ansprechdynamik der Schaltung und die
Steilheit der Zenercharakteristik hinzukommen (Bild 5.7.17).
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