Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
Vergleicht man die Bahn der Arbeitspunkte in den Bildern 5.9.2, 5.9.3, 5.9.5 so erkennt man, dass
die unter der Bahn eingeschlossene Fläche unterschiedlich groß ist. Der Flächeninhalt ist ein
relatives Maß für die im Schaltvorgang auftretende Verlustenergie. Beim harten Schalten (Bild
5.9.2) hat die Fläche ihr Maximum. Im Fall des idealen resonanten Schaltens würde die Bahn des
Arbeitspunktes entlang der Achsen des Koordinatensystems verlaufen. Bei realen resonanten
oder quasiresonanten Schalt- und Kommutierungsvorgängen stellt sich eine Bahn zwischen den
beiden genannten Grenzfällen ein (Bilder 5.9.3 und 5.9.5).
5.9.3.2 Forderungen an die Halbleiterschalter und deren Treiber
ZVS:
Leistungshalbleiter:
--
müssen aktiv ausschaltbar und gut ausschaltentlastbar sein
--
bei IGBT: + niedrige Ladungsträgerlebensdauer und Tailladung
+ geringe Abhängigkeit der Tailladung und Ladungsträgerlebensdauer von der
Sperrschichttemperatur
+ niedrige Vorwärts-Einschaltüberspannung während der Leitwertmodulation
beim spannungslosen Einschalten mit eingeprägtem di/dt
--
Da Dioden in ZVS nicht mit Rückstromabriss bei gleichzeitiger Sperrspannungsübernahme ausschalten,
bestehen geringere Anforderungen an das Reverse-Recovery-Verhalten im Vergleich
zu hart schaltenden Topologien.
Treiberschaltung:
Die Treiberschaltung muss folgende Mindestfunktionen erfüllen:
--
aktives Ausschalten des IGBT/MOSFET und
--
Überwachung der Schalterspannung und passives Einschalten des ZVS bei v S
≈ 0 V.
Modifizierter ZVS-Betrieb:
Die Zeit für eine kapazitive Kommutierung errechnet sich näherungsweise aus
t Kc
≈ (C K
· v K
)/i L
Darin sind: C K
: umzuladende Kommutierungskapazität (Entlastungskapazität)
v K
: Kommutierungsspannung
i L
: zu kommutierender Laststrom
In Stromrichtern kann es bei kleinen Lastströmen zu unerwünscht langen Kommutierungszeiten
kommen, die die fehlerfreie Funktionsweise der Schaltung gefährden. Um das zu vermeiden, können
modifizierte ZVS eingesetzt werden, die nach Ablauf einer einstellbaren maximalen Kommutierungszeit
den Kommutierungsvorgang durch ein aktives Einschalten auf die nicht vollständig
umgeladene Kommutierungskapazität abrupt beenden. Das kann jedoch nur auf Kosten höherer
Schaltverluste erfolgen.
Bild 5.9.7 zeigt das Prinzip eines modifizierten ZVS.
+
„hard interrupt“ of voltage
commutation in case of
exceeding the max.
commutation time
&
-
v ref
i S
tKmax
1
ON
t
t
Driver
v S
t
OFF
Bild 5.9.7 Prinzip des modifizierten ZVS
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