Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
switch current i [A] S
26.7
switch current i [A] S
27.1
Q S
14.3
Q S
14.4
1.9
iS
1.7
switch voltage v S [V]
-10.4
522
VS
switch voltage v S [V]
-11
571
138
172
-246
-228
-630
-627
NPT - IGBT t=1 µs/div
PT - IGBT t=1 µs/div
Bild 5.9.15 Ausschaltverläufe von 1200 V/50 A-NPT- und PT-IGBT im selben Arbeitspunkt (t H
= 1,3 µs,
L K
= 10 µH)
Die Abhängigkeit der Restspeicherladung von der Schonzeit zeigt Bild 5.9.16a. Darin werden
die Vorzüge der PT-Struktur sehr anschaulich dargestellt. Nachteilig wirkt sich dagegen die für
PT-Strukturen stärkere Temperaturabhängigkeit der Speicherladung aus, die aufgrund der damit
verbundenen Gefahr der thermischen Mitkopplung (thermal runaway) insbesondere bei kleinen
Schonzeiten die maximal zulässige Schaltfrequenz einschränkt (Bild 5.9.16b).
Qs [µC]
Qs [µC]
NPT-
IGBT
High-Speed-PT-
IGBT
Low-VCEsat-PT-
IGBT
NPT-IGBT (0,02µC/K)
Low-
VCEsat-PT-IGBT
(0,07 µC/K)
High-Speed-PT-IGBT
(0,04 µC/K)
tH[µs]
Tj [°C]
a) b)
Bild 5.9.16 a) Restspeicherladung von PT- und NPT-IGBT-ZCS als Funktion der Schonzeit (v K
= 400 V,
i L
= 30 A, L K
= 10µH)
b) Speicherladung von PT- und NPT-IGBT-ZCS als Funktion der Sperrschichttemperatur des
Transistors (v K
= 400 V, i L
= 30 A, L K
= 10 µH, t H
= 1,3 µs)
In [78] wird eine IGBT-ZCS-Treiberstufe vorgestellt, bei der während der Schonzeit ein zusätzlicher
Kollektorstrom über den Treiber in den IGBT eingespeist wird, um die Speicherladung auszuräumen.
Mit dieser Maßnahme konnten die Verluste während der Blockierspannungsübernahme
insbesondere bei Schonzeiten t H
> 2 µs drastisch gesenkt werden.
ZCS mit MOSFET
Durch die nicht vorhandene dynamische Sättigungsphase können MOSFET mit sehr kleinen (...1
µH...) seriellen Entlastungsinduktivitäten nahezu vollständig einschaltentlastet werden.
Die hohe Ausgangskapazität von MOSFET wirkt sich allerdings nachteilig auf die Einschaltverluste
aus. Bei hohen Schaltfrequenzen (> 50 kHz) muss der hierdurch resultierende Verlustanteil an den
Gesamtverlusten berücksichtigt werden.
Aufgrund des unipolaren Charakters erfolgt keine Ausräumung von Restspeicherladung bei Umpolung
der Schalterspannung am Ende der Schonzeit. Allerdings muss die relativ hohe Ausgangskapazität
umgeladen werden.
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