Design-Tipp Die Auswirkungen schneller Schaltvorgänge und wie sich der IGBT-Einsatz optimieren lässt

Je höher die Schaltfrequenz, desto größer ist der Anteil der Schaltverluste an den Gesamtverlusten des IGBTs. Die Schaltverluste zu optimieren erfordert schnellere Schaltvorgänge. Der Beitrag erörtert die Auswirkungen schneller Schaltvorgaenge und gibt Hinweise, an welchen Stellen optimiert werden kann.

Anbieter zum Thema

EBV Elektronik GmbH & Co. KG

SCHURTER AG

Vishay Intertechnology, Inc. C/- Vishay Europe Sales GmbH

IGBTs zeichnen sich durch geringe Durchlassverluste im höheren Leistungsbereich aus. Dadurch dass sie im Aufbau der Gate-Struktur mit den MOSFETs verwandt sind, benötigen sie geringe Steuerleistung und sind genauso wie MOSFETs einfach zu kontrollieren.

Eine Möglichkeit, den Wirkungsgrad in Leistungselektronik Applikationen zu steigern, ist die Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit der Leistungstransistoren. Dies hat aber den Nachteil höherer EMV-Störungen und steigert das Risiko, bei den Schaltvorgängen unerwünschte Überschwinger zu verursachen.

MOSFETs sind im Leistungsbereich bis 2 kW etabliert. Für höhere Leistungsbereiche werden IGBTs bevorzugt, da sie höhere Stromdichten zulassen. Bei primär getakteten Stromversorgungen sind Schaltfrequenzen von bis zu 100 kHz nicht ungewöhnlich. Hier überwiegen die Schaltverluste und diese können durch schnelleres Schalten reduziert werden.

Schnelles Ein- und Ausschalten

Das führt zu einem wichtigen Kriterium für moderne IGBTs: schnelle Ein- und Ausschaltzeiten, aus denen niedrigere Ein- und Ausschaltverluste resultieren. Betrachtet man den Ein- oder Ausschaltvorgang eines IGBTs lassen sich die Spannungssteilheiten dV/dt und Stromsteilheiten dI/dt durch Anlegen von Tangenten bestimmen.

Verwendet man eine annähernd ideale Testschaltung , wie sie bei der Charakterisierung von IGBTs im Einsatz ist, sieht man z.B. bei dem IGBT FGH40N60SFD von Fairchild, dass Spannungssteilheiten von 10 kV/µs und Stromsteilheiten von 1000 A/µs durchaus erreicht werden. Bei diesen hohen dV/dt- und dI/dt-Werten muss der Entwickler die Auswirkungen auf die Funkentstörung bei der Schaltungsauslegung berücksichtigen. Layout, Leiterbahninduktivitäten und parasitäre Kapazitäten induktiver Bauelemente beeinflussen die EMV. Noch höhere Schaltgeschwindigkeiten, die sicher durch den Einsatz von MOSFETs erzielt werden können, stellen einen enormen Entwicklungsaufwand bei der Lösung der Funkentstörprobleme dar.

(ID:321896)