Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
5.8.1.3 Derating
Selbst bei optimaler Modulauswahl, Ansteuerung und Layoutgestaltung ist keine ideale statische
und dynamische Symmetrierung erreichbar. Deshalb ist bezüglich der Gesamtnennstrombelastung
der Schalter eine Stromreduzierung (Derating) zu berücksichtigen. Aus den praktischen Erfahrungen
in einer Vielzahl von Applikationen und den oben erläuterten Einflüssen von statischen
und dynamischen Halbleiterparametern wird ein Derating von min. 10 % empfohlen. Ein Halbleiter
der als Einzelbaustein 100 A führen kann, sollte also nur für einen Strom von 90 A in der Parallelschaltung
ausgelegt werden. Bei unsymmetrischen Aufbauten können die Abweichungen in den
Strömen der parallelen Bauelemente wesentlich höher ausfallen. Gegebenenfalls sind Symmetrierungsinduktivitäten
notwendig (siehe folgenden Abschnitt für SKiiP).
5.8.1.4 Besonderheiten bei der Parallelschaltung von SKiiP
In Bezug auf Symmetrie, Kühlbedingungen und Derating gilt vorhergesagtes auch für SKiiP. Im
Gegensatz dazu enthalten SKiiP Leistungshalbleiter und Ansteuerschaltungen in einem Gehäuse.
Ein synchrones Schalten mit einem gemeinsamen Gatesignal kann durch die unterschiedlichen
Signallaufzeiten der Treiber nicht mehr garantiert werden. Um SKiiP parallel schalten zu können,
müssen auf der Ansteuerseite folgende Grundvoraussetzungen getroffen werden:
--
synchrones Setzen der Schaltsignale inklusive externer Verriegelungszeit, gegebenenfalls gezieltes
Verzögern der Schaltbefehle zur aktiven Stromsymmetrierung;
--
gemeinsames Fehlermanagement für alle angeschlossenen Systeme mit einem gemeinsamen
“Aus” Signal;
--
getrennte Überwachung der Sensorsignale von Strom und Temperatur;
--
gemeinsame Hilfsstromversorgung für alle angeschlossenen Systeme.
Der Anwender kann über das Leistungslayout (Induktivitäten, Kühlsystem) Einfluss auf die Symmetrieverhältnisse
nehmen. Zusätzlich ist eine aktive Stromsymmetrierung über die Schaltsignale
empfehlenswert. Um die parallelen SKiiP nicht thermisch zu überlasten, können die Auswirkungen
der vorhandenen Unterschiede durch ausreichend große externe Induktivitäten zwischen den AC-
Anschlüssen der parallelen SKiiP minimiert werden. Trotz aller Maßnahmen ist wegen der nicht zu
vermeidenden Stromunsymmetrie eine Reduzierung der theoretisch möglichen Umrichterleistung
zu empfehlen. Die oben erwähnten 10% sind ein Richtwert, der durch Auswertung der Stromsensorsignale
zu überwachen ist.
Signallaufzeiten und Schaltgeschwindigkeiten
Mit Hilfe der externen Induktivität werden hier im Schaltmoment das Auseinanderlaufen der Ströme
und extrem unterschiedliche Schaltverluste verhindert (Bild 5.8.15). Sobald einer der beiden
IGBT schaltet liegt für einen Moment die Zwischenkreisspannung (Zeitraum t 1
-t 2
) über der Parallelverbindung
an, bis auch der andere IGBT geschaltet hat. Die externe Induktivität verhindert
das Kommutieren des gesamten Ausgangsstromes I out
in den „langsameren“ SKiiP, außerdem
auch Oszillationen zwischen den SKiiP. Beim Jitter der Treiber kann man über ein Periode der
Ausgangsfrequenz von einer Gleichverteilung der Schaltzeitpunkte ausgehen. Damit ist wenigstens
längerfristig kein Einfluss auf den Effektivwert des Ausgangsstromes zu befürchten. Kreisströme
werden durch permanent verschobene Ansteuersignale oder Halbleiterschaltzeiten verursacht
(Phasenverschiebung der Grundfrequenz der Ausgangsspannungen). Die Begrenzung
erfolgt ebenfalls mit Hilfe der Induktivität. Zum Begrenzen des Auseinanderlaufens der Ströme auf
beispielsweise 50 A beim max. Jitter von 125 ns (SKiiP3) und einer Zwischenkreisspannung von
1200 V wäre folgende Induktivität notwendig:
1200 V 125 ns
2 L min
3 µH ,
50 A
d.h. je SKiiP ca. 1,5 µH.
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