Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

2 Grundlagen
Einschaltüberspannung nur unwesentlich gegenüber nicht mit Rekombinationszentren versehenen
Dioden.
Beim Übergang der Diode in den leitenden Zustand steigt die Spannung zunächst auf die Einschalt-Spannungsspitze
V FRM
an, bevor sie auf die Durchlassspannung absinkt (Bild 2.2.4). Beim
aktiven Schalten des Stromes mit sehr hohen Steilheiten di/dt kann dass V FRM
z.B. bei einer ungeeigneten
1700 V-Diode 200 V bis 300 V betragen und damit mehr als das 100fache von V F
. Das
Einschalten der Diode aus dem gesperrten Zustand verursacht ein wesentlich höheres V FRM
als
das Einschalten aus dem neutralen Zustand. Für Beschaltungsdioden ist ein niedriges V FRM
eine
der wichtigsten Anforderungen, da die Beschaltung erst wirkt, nachdem die Diode eingeschaltet
hat.
Auch bei Freilaufdioden von IGBT, die auf > 1200 V Sperrspannung ausgelegt sind, spielt die
Einschaltspannungsspitze eine Rolle. Beim Abschalten des IGBT tritt an den parasitären Induktivitäten
eine Spannungsspitze auf, der sich V FRM
der Freilaufdiode noch überlagert. Die Summe
beider Komponenten kann zu kritischen Spannungsspitzen führen. Die Messung ist aber nicht
trivial, da in der anwendungsnahen Chopper-Schaltung die induktive Komponente und V FRM
nicht
unterschieden werden können. Die Messung ist an einem offenen Aufbau direkt an den Bonddrähten
der Diode möglich. Für die Verlustbilanz in der Diode spielt das Einschalten meist keine Rolle,
da die Einschaltverluste nur wenige Prozent der Abschalt- und Durchlassverluste betragen und
vernachlässigt werden können.
2.3.3.2 Ausschaltverhalten
Beim Übergang vom leitenden in den sperrenden Zustand muss die in der Diode gespeicherte
Ladung abgebaut werden. Sie bewirkt einen Stromfluss in Rückwärtsrichtung der Diode. Das
Reverse-Recovery-Verhalten charakterisiert, in welcher Form dieser Strom verläuft.
V,I
I
t rr
t irm
t s t f
0.2 I RRM
0
t w
di/dt
I RRM
di r
/dt
V
V M
t
Bild 2.3.8 Strom- und Spannungsverlauf einer Soft-Recovery-Diode beim Reverse-Recovery-Prozess in
einer Schaltung nach Bild 2.3.15 sowie Definition der Kenngrößen des Schaltverhaltens
Die Kommutierungsgeschwindigkeit di/dt (Bild 2.3.8) wird entweder durch die Schaltgeschwindigkeit
eines aktiven Schalters (IGBT) oder durch die Kommutierungsinduktivität bestimmt. Bei t 0
erreicht der Strom seinen Nulldurchgang. Bei t w
beginnt die Diode, Spannung aufzunehmen. Zu
diesem Zeitpunkt wird der pn-Übergang in der Diode frei. Im Stromverlauf spricht man zu diesem
Zeitpunkt von einem Wendepunkt. Bei t irm
erreicht der Rückstrom sein Maximum. Nach t irm
klingt
der Strom auf den Sperrstrom ab. Der Verlauf hängt allein von der Diode ab. Ist dieser Abfall steil,
spricht man von einem snappigen Schaltverhalten. Ist dieser Abfall langsam, spricht man von
einem soften Schaltverhalten. Das di r
/dt bestimmt die auftretende Überspannung, deshalb wird
ein softes Schaltverhalten angestrebt. Die Schaltzeit t rr
ist definiert als Zeit zwischen t 0
und dem
Zeitpunkt, wo der Strom auf 20 % des Maximums I RRM
abgefallen ist.
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