Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
Der Transistor mit der niedrigeren Durchlassspannung führt zunächst den größeren Teil des Gesamtstromes
und wird dadurch mit höheren Leitverlusten beansprucht, wodurch die Sperrschichttemperatur
schneller ansteigt. An dieser Stelle spielt der Temperaturkoeffizient (TK) der Sättigungsspannung
eine entscheidende Rolle. Ist der TK positiv, d.h. steigt die Sättigungsspannung
mit steigender Temperatur, verschiebt sich die Stromaufteilung in Richtung des Transistors mit
dem zunächst niedrigeren Stromanteil. Im Ergebnis stellt sich ein Gleichgewicht (Idealfall) der
Stromaufteilung zwischen den parallelgeschalteten Transistoren ein. Leistungshalbleiter mit positiven
TK der Durchlassspannung sind daher sehr gut für die Parallelschaltung geeignet. Mit wenigen
Ausnahmen weisen alle heutigen IGBT-Technologien (NPT, SPT, Trench) oberhalb von ca.
10…15% des Nennstrombereichs einen positiven TK auf. Gleiches gilt für den R DSon
von MOSFET,
der grundsätzlich einen hohen positiven TK hat.
Im Gegensatz dazu haben Freilaufdioden über nahezu den gesamten Bereich bis zum Nennstrom
einen negativen TK (Bild 5.8.2). Ein stark negativer Temperaturkoeffizient (> 2 mV/K) führt zur
Gefahr thermischer Überlastung bei Parallelschaltung von Dioden, da diese herstellungsbedingt
eine gewisse Streubreite in ihrer Durchlassspannung aufweisen. Es ist darauf zu achten, dass die
Streuung in der Durchlassspannung möglichst gering ist. Bei breiter Streuung kann eine Selektierung
notwendig sein. Für die Parallelschaltung ist keine Beschaltung erforderlich.
I[A]
80
I[A]
80
60
150°C
60
150°C
40
-25°C
40
-25°C
20
20
0
0
0 1 2 3 4 V F [V] 0 1 2 3 4 V F [V]
a) b)
Bild 5.8.2 Temperaturabhängigkeit der Durchlassspannung für Dioden unterschiedlicher Bauart
a) stark negativer Temperaturkoeffizient; b) positiver Temperaturkoeffizient ab Nennstrom (75 A)
Leistungshalbleiter besitzen von ihren Datenblattparametern eine relativ große Streubreite in der
Durchlasscharakteristik. Bezogen auf diese Werte ergäbe sich für die Parallelschaltung eines Bauelementes
an der unteren Spezifikationsgrenze (LSL lower Specification limit) mit einer größeren
Anzahl von Bauelementen an der oberen Grenze (USL upper specification limit) eine drastische
Beschränkung des Gesamtstromes. Diese Kombination wäre der schlimmste Fall, da die „gute“
Diode den Großteil des Stromes alleine führen müsste, während die vielen „schlechten“ Dioden
kaum belastet würden.
Es lässt sich jedoch nachweisen, dass unter statistischen Gesichtspunkten ein solcher Fall nie
eintreten wird [61]. Je größer die Anzahl paralleler Bauelemente ist, desto unwahrscheinlicher wird
die Kombination eines Bauelementes von der unteren Prüfgrenze mit einer Anzahl von n-1 Bauelementen
von der oberen Prüfgrenze. Kombinationen mit typischen Bauelementen entschärfen
das Problem und entlasten das Bauelement mit der niedrigeren Durchlassspannung. Bild 5.8.3
zeigt beispielhaft die statistische V F
-Verteilung von 125.000 Dioden-Chips (a) und mit welcher
Wahrscheinlichkeit eine Kombination der grenzwertigen Dioden (b) erfolgen würde. Die Wahrscheinlichkeit
sinkt schon bei 4 Bauelementen unter 10-20 und ist technisch nicht mehr relevant.
379