Parasitäre Induktivitäten in SiC-Anwendungen minimieren

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Die Messleitungen sind mit Ferritdrosseln von hoher Permeabilität versehen, damit durch die Anschlüsse für die Strom- und Spannungsmessung keine Masseschleifen gebildet werden, die die erfassten Signalverläufe durch transiente Störgrößen verfälschen könnten.

Durch Charakterisierung der Impedanz der Testplatine über die Frequenz ließen sich Aussagen über die parasitäre Induktivität der Kondensatorbatterie machen. Hierzu wurden die Stromabtastwiderstände überbrückt. Da das Six-Pack-Modul zwei Gruppen von Anschlüssen für den Gleichspannungs-Zwischenkreis besitzt, wurden zwei separate Impedanzmessungen vorgenommen.

Unterhalb von 200 kHz sind die Impedanzen beider Seiten nahezu identisch. Oberhalb dieser Marke dagegen weisen die rechten Anschlüsse für den Gleichspannungs-Zwischenkreis eine geringfügig höhere Impedanz auf als die linken. Wegen geringer Layout-Unterschiede zwischen der linken und der rechten Seite der Leiterplatte wurde rechts ein ESL-Wert von 2,97 nH gemessen, während es links 2,60 nH waren. In der oberen DC-LINK-Lage der Leiterplatte befindet sich auf der rechten Seite ein Cutout für die Leiterbahnen des NTC-Widerstands. Deshalb entspricht der geringfügig höhere ESL-Wert rechts den Erwartungen.

Wichtige Empfehlungen für die praktische Anwendung

Zu den wichtigsten Aspekten beim Maximieren der mit SiC-MOSFET-Power-Modulen erreichbaren Performance gehört das Minimieren der effektiven Serieninduktivität (ESL) der Kondensatorbatterie für den Gleichspannungs-Zwischenkreis sowie der parasitären Induktivität der Verbindung zwischen Kondensatorbatterie und Modul. Hierzu werden folgende Empfehlungen gegeben:

• Die Verwendung von Schaltungsgeometrien, die zur gegenseitigen Aufhebung der Magnetfelder führen, minimiert die parasitäre Induktivität.

• Parallele (gestapelte) Leiterbahngeometrien sorgen für deutlich niedrigere parasitäre Induktivitäten als koplanare (nebeneinander angeordnete) Leiterbahnen.

• Eine Parallelschaltung aus mehreren kleinen Kondensatoren ist generell besser als ein großer Kondensator, da die parasitären Induktivitäten geringer und die Bauelementekosten niedriger sind.

• Die Anwendung von Techniken zur gegenseitigen Aufhebung der Felder bei einer Parallelschaltung mehrerer Kondensatoren kann dazu führen, dass sich der ESL-Wert gegenüber der zunächst abgeschätzten Induktivität des Arrays auf weniger als die Hälfte verringert.

* Bob Callanan ist Applications Manager, SiC Power Devices, bei Cree Inc/Durham, North Carolina.

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