Layout und Ansteuerung von Hilfsanschlüssen in IGBT-Modulen
Druckkontakte statt Lötstifte
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Einfluss der Position von Emitter-Hilfskontakten
Wie bereits erwähnt, soll durch die Auswahl der Positionen der Emitter-Hilfskontakte die Einhaltung der Grenzwerte für die Schaltverlustenergien Eon und Eoff je 100 A gewährleistet werden. Im Rahmen von Tests zeigte sich jedoch, dass wichtige Parameter wie UCEmax und ICmax im Kurzschlussbetrieb ohne Suppressor-Klemmung höhere Werte als erwartet aufweisen.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Kopplung des einen gemeinsamen Hilfsemitters für die parallelgeschalteten IGBT-Chips beim Ausschalten des Kurzschlusses unterschiedlich stark wirkt.
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Bei der Konstruktion von IGBT-Modulen flacher Bauart sind zwei Optimierungskriterien von entscheidender Bedeutung:
- A: Für ein gutes Kurzschlussverhalten und eine optimale Begrenzung von ISC und UCE sind die Hilfsemitter-Federkontakte in der Nähe des AC-Anschlusses (TOP-Schalter) bzw. des DC-Anschlusses (BOT-Schalter) zu positionieren. Die Emitterpositionen Ex13 und Ex21 führen zu einer Gegenkopplung auf den UGE-Wert aller TOP/BOT-IGBTs. Als Nachteil zeigt sich eine erhöhte Einschaltverlustenergie Eon.
- B: Die geringste Einschaltverlustenergie Eon ergibt sich bei Positionierung der Hilfsemitter-Federkontakte in der Nähe des DC- (TOP) bzw. AC-Anschlusses (BOT). Die Emitterpositionen Ex11 und Ex23 führen zu einer Mitkopplung auf den UGE-Wert der TOP/BOT-IGBTs, das Kurzschlussverhalten wird jedoch negativ verändert. Im Kurzschlussstrom zeigen sich Schwingungen.
Testergebnisse zeigen, dass eine Lösung nur aus einem Kompromiss zwischen den beiden genannten Kriterien bestehen kann. An einem Halbbrückenmodul Typ SEMiX 703GB126HD lassen sich die beiden Positionierungsvarianten A und B für Hilfsemitter-Federkontakte auswerten (Tabelle 4). Das Kurzschlussverhalten und die Schaltverlustenergien werden in Tabelle 5 gegenübergestellt.
Die Tests belegen die gegenseitige Beeinflussung der beiden Optimierungs-Kriterien:
Bild 5 und Bild 6 zeigen die verschiedenen Kurvenformen von IC und UCE für die Varianten A und B. Auffällig an Variante B ist eine starke Verringerung der Schwingungen. Ein möglicher Nachteil von Variante B kann in Ausgleichsströmen zwischen den beiden parallelgeschalteten Emittern Ex21 und Ex22 des BOT-Schalters liegen. Dieser Effekt muss deshalb noch in weiteren Tests untersucht werden.
Hilfskontaktfedern ohne Störeffekte
| Dipl.-Ing. Nedzad Bakija ist gebürtiger Montenegriner und studierte Elektrotechnikan der Universität Dortmund. Seit 2001 ist er bei der Semikron Elektronik GmbH in Nürnberg tätig und beschäftigt sich mit der Qualität von Produktkomponenten. E-Mail: Nedzad.Bakija@semikron.com | |
 | Dr.-Ing. Thomas Stockmeier studierte Werkstoffwissenschaften an der Universität Erlangen-Nürnberg und promovierte 1990 in Elektrotechnik. 1985 bis 1999 erwarb er internationale Erfahrung in Forschung und Entwicklung sowie Produktmanagement und Geschäftsführung in den USA und in der Schweiz. Seit 1999 ist er bei Semikron als Geschäftsführer und technischer Leiter tätig. E-Mail: Thomas.Stockmeier@semikron.com |
 | Dipl.-Ing. Martin Freyberg wurde in Mannheim geboren und studierte Elektrotechnik an der TH Karlsruhe. Er arbeitete von 1995 bis 1997 als Entwicklungsingenieur von Hilfsbetriebeumrichtern für Traktion bei FAGA Berlin/Bombardier und von 1998 bis 2001 als Applikationsingenieur und Leiter Applikation bei Power-One Deutschland, wo er sich mit kundenspezifischen Stromversorgungssystemen beschäftigte. Im September 2001 wechselte er zu Semikron International in die Applikation von Leistungshalbleiter-Modulen; seit Sept. 2003 ist er als Produktmanager für die SEMiX-IGBT-Modulfamilie verantwortlich. E-Mail: Martin.Freyberg@semikron.com |
- Druckkontakte statt Lötstifte
- Einfluss der Position von Emitter-Hilfskontakten
- Schaltverhalten im Vergleich: Federkontakte vs. Lötstifte
