Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
5.9.3.3 Schaltereigenschaften
ZVS mit PT- und NPT-IGBT [74], [76], [78]
spannungsloses Einschalten mit eingeprägtem di/dt
Vor der Stromübernahme muss sich der IGBT im angesteuerten Zustand befinden. Da vor der
Stromübernahme noch keine Leitwertmodulation in der n - -Basis erfolgt ist, reagiert der IGBT auf
die di/dt-Einprägung mit einer transienten Überhöhung der Durchlassspannung und damit mit erhöhten
Durchlassverlusten in diesem Zeitbereich (forward-recovery). Die Höhe der dynamischen
Überspannung, die Dauer der Leitwertmodulation und damit die Verluste hängen vor allem von der
Grunddotierung der n - -Basis, dem Emitterwirkungsgrad, der Trägerlebensdauer, dem di/dt, dem
Schalterstromendwert (Laststrom) und der Temperatur ab.
NPT-IGBT, die durch einen niedrigen Emitterwirkungsgrad und eine hohe Trägerlebensdauer gekennzeichnet
sind, reagieren mit relativ geringen Vorwärtsspannungsspitzen (Bild 5.9.9a). Jedoch
kann der Vorgang mehr als 10 µs dauern. Dagegen liegen die Werte der transienten Durchlassspannungsspitzen
von PT-Strukturen (hoher Emitterwirkungsgrad, niedrige Trägerlebensdauer) bis um
den Faktor 30...40 über den stationären Durchlasswerten. Allerdings ist der Vorgang bereits nach
wenigen 100 ns abgeschlossen (Bild 5.9.9b). Die gegenläufige Tendenz zwischen Höhe der Spannung
und Dauer des Vorganges führen zu einer gewissen Angleichung der Verluste von NPT- und
PT-IGBT-ZVS, die insbesondere bei hohen Schaltfrequenzen einen nicht vernachlässigbaren Anteil
an den Gesamtverlusten ausmachen können (Bild 5.9.10a und b).
Arbeitet der Kurzschlussschutz von ZVS auf der Basis einer v CE
-Erfassung und Auswertung, muss
dieser während der di/dt-Einprägung ausgeblendet werden, um Fehlabschaltungen des Umrichters
aus dem ordnungsgemäßen Normalbetrieb heraus zu vermeiden.
Collector Current iC [A]
50.4
Collector Current iC [A]
54
33.6
36
16.8
18
Collector-Emitter-Voltage vCE [V]
0
10.5
Collector-Emitter-Voltage vCE [V]
-0.3
54
7
36
3.5
18
0
t=500 ns/div
a) b)
0
t=500 ns/div
Bild 5.9.9 a) di/dt-Einprägung in einen 1200 V/50 A-NPT-IGBT (di/dt = 50 A/µs; i L
= 50 A)
b) di/dt-Einprägung in einen 1200 V/50 A-PT-IGBT (di/dt = 50 A/µs; i L
= 50 A)
v [V]
E
CEdyn
ONdyn [µJ]
PT-low-vCEsat
PT-low-v CEsat
NPT
PT-high-speed
PT-high-speed
NPT
di/dt [A/µs]
a) b)
di/dt [A/µs]
Bild 5.9.10 a) Dynamische Durchlassspannungsamplitude von 1200 V/50 A-NPT- und PT-IGBT als Funktion
vom eingeprägten di/dt (i L
= 30 A)
b) Verluste während der di/dt-Einprägung von 1200 V/50 A-NPT- und PT-IGBT als Funktion vom
eingeprägten di/dt (i L
= 30 A)
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