Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
L
D
R
A
A
A
D
R
RCD -
Snubber
V DC
IGBT
C
RC -
Snubber
RCD -
Snubber
B
B
B
i L
L L
R L
FWD
Bild 5.9.1 Tiefsetzsteller mit IGBT und einfachen Schaltentlastungsnetzwerken
Einschaltentlastung (RLD-Netzwerk)
Zunächst befindet sich der IGBT im ausgeschalteten Zustand (v CE
≈ v DC
), und der Laststrom fließt
im Freilaufkreis.
Die Kommutierung von der Freilaufdiode auf den IGBT wird durch das aktive Einschalten des IGBT
gestartet. Bei hinreichend großer serieller Beschaltungsinduktivität L übernimmt diese mit ansteigendem
Kollektorstrom nahezu die gesamte Kommutierungsspannung (entspricht der Eingangsgleichspannung
des Stellers), so dass die Kollektor-Emitter-Spannung schnell auf einen sehr geringen
Wert abgebaut wird. Gleichzeitig bewirkt die Beschaltungsinduktivität eine Verringerung der
Stromkommutierungsgeschwindigkeit.
Beide Aspekte führen zu einer drastischen Absenkung der Einschaltverluste des IGBT.
Die Verläufe von Kollektorstrom und Kollektor-Emitter-Spannung entsprechen der Darstellung für
das weiche Schalten im Kap. 1.
In Kap. 5.9.3 wird gezeigt, dass bereits Induktivitäten mit Werten von wenigen Mikrohenry ausreichen
um IGBT und MOSFET wirkungsvoll zu entlasten.
Neben der Reduzierung der Einschaltverluste des IGBT verringern sich auch die Ausschaltverluste
der Freilaufdiode am Ende der Kommutierung, da die geringere Stromkommutierungsgeschwindigkeit
zu niedrigeren Rückstromspitzen führt.
Über die R-D-Kombination wird ein Freilaufkreis für die Beschaltungsinduktivität realisiert und damit
die Überspannung an IGBT und Freilaufdiode bei deren Ausschaltvorgängen begrenzt.
Auslegungshinweise:
1. Beschaltungsinduktivität nicht größer als für Entlastung notwendig dimensionieren,
2. Eigenkapazität der Beschaltungsinduktivität minimieren,
3. R und L bilden die Zeitkonstante (t = L/R) für den Energieabbau in der Induktivität. Daraus
ergibt sich eine minimale Auszeit für den IGBT (Tastverhältnisbegrenzung), um eine voll wirksame
Einschaltentlastung zu realisieren (kein Reststrom mehr in L). Eine Vergrößerung von
R bedeutet zwar zum einen eine Verkürzung der minimalen Auszeit des IGBT, führt aber zum
anderen zu einer höheren Spannungsbelastung und damit höheren Ausschaltverlusten der
ausschaltenden Leistungshalbleiter.
Ausschaltentlastung (RCD-Netzwerk)
Zunächst befindet sich der IGBT im eingeschalteten Zustand und führt den Laststrom.
Die Kommutierung vom IGBT auf die Freilaufdiode wird durch das aktive Ausschalten des IGBT
gestartet.
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