Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
n Vr
Vm
R
(n 1)
I
mit
V m
:
V r
:
DI r
:
r
maximal auftretende Spannung über der gesamte Reihenschaltung
maximale Spannung, die über einen Einzelhalbleiter abfallen soll
die maximale Streuung im Sperr- bzw. Leckstrom
Dabei ist von der maximalen Betriebstemperatur auszugehen. V r
ist mit ausreichender Sicherheit
zur maximalen Sperrspannung des Bauelementes zu wählen (z.B. < 66% V CES
). Bezüglich DI r
kann
mit ausreichender Sicherheit angenommen werden:
DI r
= 0.85 I rm
wobei I rm
im Datenblatt spezifiziert wird. Die Reihenschaltung kann jetzt bezüglich n und R optimiert
werden. Nach vorliegenden Erfahrungen ist es bei modernen Leistungshalbleitern ausreichend,
wenn man den Widerstand so auslegt, dass bei der höchsten auftretenden Spannung der
dreifache Wert des maximalen Sperrstromes über den Widerstand fließt. Im Widerstand treten
aber auch dann beträchtliche Verlustleistungen auf. Für IGBT-Module mit integrierter antiparalleler
Diode ist der Gesamtsperrstrom beider Bauelemente als I CES
angegeben. Auch hier kann angesetzt
werden, dass sich im Parallelwiderstand der etwa 3...5fache Wert des Transistorsperrstroms
einstellen soll.
R
R
Bild 5.8.18 Widerstandsbeschaltung für die statische Spannungssymetrierung von Dioden in Reihenschaltung
Kühlbedingungen
Die Halbleiter sind eng beieinander liegend und thermisch gut gekoppelt auf einem gemeinsamen
Kühlkörper zu montieren. Für große Systeme mit mehreren Kühlkörpern ist thermische Reihenschaltung
(thermal Stacking, siehe Kap. 5.3) möglichst zu vermeiden, dies gilt insbesondere für
luftgekühlte Systeme. Ein Temperaturunterschied von 10°C bedeutet das 1,5…2,5fache im Sperrstrom
gleicher IGBT, Dioden oder Thyristoren. Der heißere Halbleiter übernimmt dadurch aber
weniger Spannung und entschärft den Temperaturunterschied etwas.
Dynamische Symmetrierung durch passive Beschaltungsnetzwerke
Zur dynamischen Symmetrierung können RC- oder RCD-Netzwerke eingesetzt werden (vgl.
Bild 5.8.19). Die Wirkungsweise beruht auf der Verringerung und damit Vergleichmäßigung der
Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten (Kompensation nichtlinearer Bauelementesperrschichtkapazitäten)
beim Ein- und Ausschalten. Der hohen Zuverlässigkeit steht jedoch der Mehraufwand
an passiven Leistungsbauelementen gegenüber, die für hohe Spannung ausgelegt sein müssen.
Im Beschaltungsnetzwerk werden zum Teil erhebliche Zusatzverluste umgesetzt. Weiterhin ist
nachteilig, dass die quantitative Wirkung vom Arbeitspunkt der Schaltung abhängt. Vorteilhaft ist
jedoch, dass der steuerungstechnische Aufwand unverändert bleibt und Standardtreiberstufen
verwendet werden können. Vernachlässigt man Toleranzen der Kondensatoren, so kann man eine
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