Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
5.8.2.3 Schlußfolgerungen
Neben hochohmigen Parallelwiderständen für die statische Symmetrierung müssen bei der Reihenschaltung
von IGBT- und MOSFET-Modulen passive und/oder aktive Maßnahmen für die dynamische
Symmetrierung getroffen werden.
Mit Ausnahme des active clamping werden durch die vorgestellten Varianten lediglich die Transistoren
geschützt, so dass ohnehin zusätzliche passive Beschaltungen für die Inversdioden notwendig
sind.
5.9 Weiches Schalten als ZVS oder ZCS / Schaltentlastungsnetzwerke
5.9.1 Zielstellung und Anwendungsgebiete
In der heutigen industriellen leistungselektronischen Schaltungstechnik im mittleren und oberen
Leistungsbereich dominieren Topologien an eingeprägten Gleichspannungen.
In diesen Schaltungen werden IGBT und MOSFET nahezu ausschließlich hart schaltend, d.h. mit
hohen Schaltverlustenergien und hoher Spitzenverlustleistungsbeanspruchung betrieben, woraus
typische Schaltfrequenzen zwischen 1 kHz und 30 kHz (IGBT) bzw. 50 –100 kHz (MOSFET) resultieren.
Eine Schaltfrequenzerhöhung führt grundsätzlich zur Reduzierung der Größe und des Gewichtes
passiver Energiespeicher (Drosseln, Kondensatoren, Transformatoren, Filter) im System und ist
daher beispielsweise bei der Einbindung von Transformatoren in Stromrichtersysteme interessant.
Typische Einsatzgebiete sind:
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Batterieladetechnik,
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USV-Technik mit potentialgetrenntem DC-DC-Steller,
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elektronische Stromversorgungstechnik (Schaltnetzteile) für allgemeine Anwendungen,
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PFC-Schaltungen,
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technologische Stromversorgungen (Schweißen, Galvanik, induktive Erwärmung, Röntgen,
Plasma, u.a.).
Sind in einer Anwendung mit hartem Schalten die gewünschten Schaltfrequenzen nicht realisierbar,
müssen entweder Interleaved-Technologien eingesetzt oder die Schaltvorgänge bezüglich
der auftretenden Verluste entlastet werden.
Hierzu sind prinzipiell zwei Wege möglich:
1. Beibehaltung des grundsätzlichen Schaltungsprinzips und Ergänzung von Schaltentlastungsnetzwerken
(Entlastungssnubber),
2. weiches Schalten (soft switching) als ZVS (Zero Voltage Switch) oder ZCS (Zero Current
Switch).
5.9.2 Schaltentlastungsnetzwerke
Leistungselektronische Schalter mit konventionellen Thyristoren oder GTO benötigen Schaltentlastungsnetzwerke,
um die sicheren Arbeitsbereiche (SOA) der Leistungshalbleiter nicht zu verlassen,
d.h. die Netzwerke sind für die Erfüllung der Grundfunktion der Bauelemente im Schalterbetrieb
zwingend notwendig.
Die SOA-Bereiche moderner IGBT und MOSFET lassen dagegen den beschaltungsfreien Betrieb
zu, so dass zusätzliche Netzwerke lediglich der Reduzierung von Schaltverlusten dienen oder bei
Kaskadierungen Symmetrierungsaufgaben übernehmen.
Bild 5.9.1 zeigt einen konventionellen Tiefsetzsteller (buck converter) mit IGBT und einfachen
Netzwerken für die Ein- und Ausschaltentlastung.
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