Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
Aktives, entlastetes Ausschalten (vgl. Bild 1.1.2 in Kap. 1.1)
Beim aktiven entlasteten Ausschalten kann der IGBT-Strom unmittelbar in die parallel angeordnete
Kapazität C K
kommutieren, wobei der Anstieg der Kollektor-Emitter-Spannung verzögert und
somit die Schaltentlastung ermöglicht wird. Der Verlauf des Tailstromes, d.h. das Ausräumen der
gespeicherten Ladung im IGBT nach dem Sperren des MOSFET-Kanals wird dabei wesentlich
vom Anstieg der Kollektor-Emitter-Spannung beeinflusst. Mit der Vergrößerung der Kommutierungskapazität
sinkt der Ansatzwert des Tailstromes (vergleichbar mit einem kapazitiven Stromteiler
zwischen IGBT und Entlastungskapazität). Gleichzeitig kommt es zu einer Verlängerung
des Tailstromes, was der Ausschaltentlastung entgegenwirkt. Bei NPT-Strukturen mit hoher Trägerlebensdauer
führt dieser Sachverhalt zu einer unbefriedigenden Ausschaltentlastbarkeit (Bild
5.9.11a, Bild 5.9.12). Das Oszillogramm im Bild 5.9.11b zeigt dagegen, dass der Tailstrom bei PT-
Strukturen bereits zu Null gehen kann, bevor die Kollektor-Emitter-Spannung den Wert der äußeren
Kommutierungsspannung erreicht hat. Die Folge ist, dass bei untersuchten 1200 V/50 A-PT-
IGBT-Modulklassen die Ausschaltverluste mit C K
= 30 nF bereits um 50 % gegenüber dem harten
Schalten reduziert werden können (Bild 5.9.12). Die Verlustreduzierung betrug bei NPT-IGBT der
gleichen Klasse lediglich ca. 20 %.
Collector Current iC [A]
33
Collector Current iC [A]
30
21.4
19.5
9.8
9
Collector-Emitter-Voltage vCE [V]
-1.8
540
Collector-Emitter-Voltage vCE [V]
-1.5
561
360
374
180
187
0
Eoff =1.94 mJ
t=500 ns/div
a) b)
Eoff=0.83 mJ
0
t=200 ns/div
Bild 5.9.11 a) Entlasteter Ausschaltvorgang eines 1200 V/50 A NPT-IGBT mit C K
= 47 nF
b) Entlasteter Ausschaltvorgang eines 1200 V/50 A PT-IGBT mit C K
= 30 nF
Eoff soft/Eoffhard
Eoff [mJ]
PT-low v CEsat
NPT
NPT
PT-low v CEsat
PT-high speed
PT-high speed
Bild 5.9.12 a) Ausschaltverluste von 1200 V/50 A-IGBT in Abhängigkeit von der Kommutierungskapazität
C K
(v K
= 500 V; i L
= 50 A)
b) Ausschaltverluste bezogen auf das harte Schalten von 1200 V/50 A-IGBT in Abhängigkeit von
der Kommutierungskapazität C K
(v K
= 500 V; i L
= 50 A)
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