Plug & Play-Bausteine vereinfachen das Entwickeln von Frequenzumrichtern in der Antriebstechnik

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Optoelektronische Komponenten aus Treiberschaltungen entfernen

Treiberschaltungen beinhalten heute häufig optoelektronische Komponenten die zwei Nachteile einbringen: Optoelektronik altert, dies besonders unter dem Einfluss hoher Temperaturen, und die Abweichungen von Verzögerungszeiten zwischen zwei Bauteilen kann bis zu 400 ns betragen.

Aus Gründen der Sicherheit muss bei der Ansteuerung eines Brückenzweiges eine Totzeit implementiert sein, die in vielen Geräten sogar jenseits der 2 µs liegt, um die Funktionalität über die gesamte prognostizierte Lebensdauer zu sichern. Mit den im MIPAQ serve integrierten Treibern wird die Abweichung der Verzögerungszeiten aller sechs IGBT-Kanäle deutlich reduziert.

Dies wird beim Schalten aller Transistoren über einen gemeinsamen Impuls sichtbar, beim Einschalten liegt die Abweichung in einem Toleranzbereich unterhalb von 20 ns was in Bild 2 gut zu erkennen ist. Beim Ausschalten erhöht sich diese Abweichung (Bild 3) auf etwa 30 ns.

Totzeiten sind notwendig, um einen Brückenkurzschluss während des Kommutierungsvorganges zu vermeiden; sie sind aber prinzipiell unerwünscht. Die hier gezeigte Eigenschaft ist der Schlüssel zur Reduktion der Totzeiten. Die Ausgangsspanung eines Umrichters lässt sich mathematisch aus der Zwischenkreisspannung UDC und dem Ein-/Ausschaltverhältnis D bestimmen:

Uout = UDC · D

D = Ton / (Ton + Toff)

Toff = T0 + Tdead

Somit ergibt sich

Uout = UDC · Ton / (Ton + T0 +Tdead)

Aus den Gleichungen ist ersichtlich, dass die maximale Ausgangsspannung nur dann erreicht ist, wenn die Totzeit Tdead auf ein Minimum reduziert wurde.

Eine Reduzierung der Totzeit führt gleichzeitig zu einer größeren Ausgangsspannung, größerer Ausgangsleistung und gesteigerter Effizienz.

Der Gewinn, den man erreicht, steigt mit größer werdender Schaltfrequenz, weil die Aus-Zeit das Produkt aus Totzeit und der Anzahl der Schalthandlungen enthält. Für die Bedingung T0=0 zeigt Bild 4 den Einfluss der Parameter Totzeit und Schaltfrequenz auf die maximal zu erzielende Ausgangsspannung.

*Dr. Martin Schulz betreut bei Infineon Warstein das technische Marketing der MIPAQ-Familie

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