Einkanal-Gate-Treiber Flankensteilheit in Echtzeit regeln

Infineon EiceDriver Safe
Infineon EiceDriver Safe

Die Ansteuerung von IGBTs bietet viel Potenzial für Energieeinsparungen und Leistungssteigerungen. Mit dem Treiber-IC 1EDS-SRC konnte Infineon 15 % mehr Leistung aus einem Power-Modul herausholen.

Infineon erweitert seine Treiber-Familie um den Einkanal-Gate-Treiber 1EDS20I12SV EiceDRIVER Safe für industrielle Anwendungen mit Isolationsspannungen bis 1200 V bei Stromklassen bis 900 A. Das Besondere an dem Baustein: Erstmals ist Flankensteilheit beim Einschalten (Slew Rate Control – SRC) am IGBT in Echtzeit regelbar. Für Anwender heißt das, dass sich die Einschaltverluste dadurch um 30 % verringern bzw. 15 % mehr Leistung aus einem IGBT-Modul herausholen lassen. Die Slew Rate Control bietet die Möglichkeit, beim Einschalten zwischen elf Einstellungen für die Kollektor-Emitter-Spannung zu wählen. Dadurch können die Schaltgeschwindigkeit des IGBT sowie das EMI-Verhalten auch während des Betriebs variiert werden.

Eingangsseitig geregeltes Einschalten

Dafür unterteilt das Treiber-IC 1EDS-SRC den Einschaltprozess in drei Bereiche (Bild 1). Im ersten Bereich wird das Gate von einer negativen bis zu einer definierten Spannung – hier UGE = 0 – geladen. Diese Zeitspanne wird auch als Pre-Boost bezeichnet und dauert 135 ns. Der Strom IPRB der Pre-Boost-Phase ist für jeden IGBT-Typ frei einstellbar. Während dieser Zeit ist der IGBT noch im ausgeschalteten Zustand. In der zweiten Phase wird das Einschalten in Echtzeit geregelt. Der in dieser Zeit konstante Gate-Strom kann in dieser Phase in elf Stufen eingestellt werden; die Genauigkeit liegt hier bei ±10 %. Während dieser Zeit überschreitet die Gate-Spannung des IGBT die Miller-Spannung. In der Regel empfiehlt sich IG < IPRB, allerdings ist es auch möglich, gegenüber IPRB eine höhere IG zu erzielen (Bild 2). In der dritten Phase ist die Stromregulierung beendet und das Gate voll geladen.

Während mit einem schnellen Einschalten des IGBT (z.B. auf Stufe 11) hohe Schaltfrequenzen ermöglicht werden können, sorgt ein langsames Schalten (z.B. auf Stufe 5) für eine Reduzierung der elektromagnetischen Interferenzen und Spannungsspitzen durch Reflexion am Motor. Isolierungen werden so geringer belastet und die Lebensdauer von Motoren steigt. Aufgrund des verbesserten Schaltverhaltens können Entwickler beim Design von Anwendungen auf kleinere du/dt-Filter zurückgreifen oder aber auch komplett darauf verzichten.