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Elektronik 09 2020 CALL FOR PAPERS 28 - 29 Oktober 2020 Novotel München Messe Powered by Details zum Call for Papers fi nden Sie unter www leistungshalbleiteranwenderforum de Leistungshalbleiter sind Kernkomponenten jedes Netzteils DC DCWandlers oder Umrichters Doch der Markt für MOSFET IGBT & Co ist sehr breit es gibt eine Menge von Herstellern die solche Komponenten in einer nicht zu überblickenden Vielfalt anbieten Hinzu kommen noch die neuen Wide-Bandgap-Halbleiter wie Siliziumkarbid SiC und Galliumnitrid GaN Wie soll sich der Anwender in diesem »Dschungel« zurechtfi nden und den für seine Anwendung passenden Leistungshalbleiter identifi zieren? Wo liegen die Vorund Nachteile der unterschiedlichen LeistungshalbleiterLösungen? Hilfestellung sollen Entwickler auf dem »Anwenderforum Leistungshalbleiter« erhalten das die Markt&Technik sowie DESIGN&ELEKTRONIK vom 28 -29 Oktober 2020 in München veranstalten Bis zum 15 Mai 2020 haben Sie die Möglichkeit das Programm inhaltlich mitzugestalten Bitte reichen Sie ausschließlich technisch tiefgehende Vorträge ein produktund werbelastige Einreichungen können nicht berücksichtigt werden Folgende Themen seien als Anregung genannt ■ Typen von Leistungshalbleitern MOSFET IGBT Module SiC GaN ■ Vorund Nachteile verschiedener Typen ■ Aufbauund Verbindungstechnik bei Leistungshalbleitern und Power-Modulen ■ Gehäusebauformen sowie ihre jeweiligen Vorund Nachteile ■ Aufbauund Verbindungstechnik ■ Ausfallmechanismen Zuverlässigkeit und Alterung ■ Wärmemanagement im Bauteil selbst und vom Bauteil selbst ■ Beschaltung z B Gate-Ansteuerung Schutzbeschaltung ■ Elektromagnetische Verträglichkeit ■ Wandlerund Umrichter-Topologien sowie ihre jeweiligen Vorund Nachteile ■ Anwendungsbeispiele Elektromobilität regenerative Energien Weiße Braune Ware etc ■ Zusammenspiel mit anderen Komponenten z B Passive Zwischenkreis Bus-Bar etc ■ Kostenanalysen ■ Normen Der IGBT und seine Ansteuerung Die Spannungsklasse sollte für den IGBT beim induktiven Erwärmen hoch sein mindestens 1200 Vum ein Einschwingen mit hohen resonanten Spitzen sowie Transienten bei hohen Wechselspannungen zu erlauben Die Spezifikation für den Strom sollte über eine entsprechende Marge verfügen um auch transiente Bedingungen abfedern zu können Außerdem sollte die Sättigungsspannung VCE ON so gering wie möglich sein um die Leitverluste zu minimieren Die Abschaltverluste sind gering aufgrund des langsamen dV dt-Anstiegs der Kollektorspannung Unter transienten Bedingungen sollten im Idealfall Strom Spannung und Temperatur des IGBT überwacht und limitiert werden Ein Beispiel für einen solchen IGBT unter den genannten Anforderungen ist der RC-H5-IGBT der Trenchstop-F-Serie von Infineon Bild 3 Er zeigt wie ein IGBT für optimale Leistung in induktiven Anwendungen aufgebaut sein kann Der exemplarische IGBT ist mit 1350 Vund 20 Aspezifiziert speziell ausgelegt für SEPR-Anwendungen und induktive Erwärmung bis zu 2 2 kW Leistung Wichtig für das Bauteil sind in diesen Anwendungen sehr geringe Schaltverluste und dass für den erforderlichen Abfall der Vorwärtsspannung eine parallele Diode integriert ist Darüber hinaus braucht der IGBT zahlreiche Schutzfunktionen etwa eine Strombegrenzung für jeden Schaltzyklus die auch die maximale LC-Resonanzenergie und die Spitzenspannung begrenzt Dieser Status wird über den VDET-Anschluss mit drei Schwellwerten überwacht Dazu wird eine skalierbare Reproduktion der Kollektor-Emitter-Spannung über einen Spannungsteiler der aus zwei Widerständen besteht genutzt Initial wird der IGBT für 5 µs eingeschaltet um Überspannung zu begrenzen Nach dieser Zeitspanne schaltet der IGBT ab während die Energie in der Spule immer noch vorhanden ist Die Spannung steigt deshalb weiter bis zum nächsten Schwellwert An diesem Punkt schaltet der IGBT wieder ein und bleibt in diesem Status bis VDET unter den ersten Schwellwert fällt Mit diesem Zweischritt-Prozess ist die Verlustleistung deutlich geringer als bei einer kontinuierlichen Klemmung mit transienten Überspannungen Der dritte und geringste Schwellwert hat den gegenteiligen Effekt indem er das normale Einschalten des IGBT verhindert wenn die Spannung zu hoch ist Die erforderlichen Widerstandswerte für den Spannungsteiler können wie in Bild 4 dargestellt ermittelt werden Ein Abblock-Kondensator sollte zudem in Betracht gezogen werden da eine stabile Spannung für einen zuverlässigen Betrieb erforderlich ist Schutz der Induktion Das Einschalten des Gatetreiber-Stroms erfolgt in zwei Schritten Zuerst wird ein geringerer Wert erreicht um dV dt und dI dt zu reduzieren Damit wird die Spitze des KollektorStromes aufgrund der Ladung des Resonanzkondensators reduziert Danach wird eine höherer Gate-Strom eingestellt