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Neue Erkenntnisse zur Höhenstrahlung

Leistungsbauelemente können durch Höhenstrahlung zerstört werden. Die Ausfallrate hängt von der angelegten Zwischenkreisspannung ab. Und Anwender sind sehr daran interessiert, die Zwischenkreisspannung so zu wählen, dass die Ausfallrate in der Lebenszeit der Anwendung sehr niedrig ist.

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Allerdings finden sich über genaue Werte wenig Aussagen in der Fachliteratur; viele Hersteller geben diese nur an ausgewählte Kunden, mit denen sie Vertraulichkeitsvereinbarungen (Non-Disclosure-Agreements) abschließen. Daher ist besonders interessant, wenn hier neue quantitative Ergebnisse gezeigt werden.

Erstmals wird für 1200-V-Bauelemente von ST Microelectronics und der Universität von Calabrien ein Vergleich von Si-IGBTs und SiC-MOSFETs der Fachwelt vorgestellt. Man erhält beim SiC-MOSFET bei 92% der Sperrfähigkeit etwa eine vergleichbare Ausfallrate wie bei einem Si-IGBT, dessen spezifizierte Sperrspannung zu 75% ausgenutzt wird. Die Grenzspannung, unterhalb derer keine Ausfälle im Test beobachtet wurden, lag bei 70% für den Si-IGBT und bei 85% beim SiC-MOSFET relativ zur Nennspannung. Bild 6 zeigt einen beim Höhenstrahlungstest zerstörten SiC-MOSFET.

Somit ist der SiC-MOSFET im Spannungsbereich etwa 15% höher ausnutzbar als der Si-IGBT. Gegenüber der früher häufig geäußerten pauschalen Behauptung, SiC sei im Gegensatz zu Si höhenstrahlungsfest, haben wir damit erstmals quantitative Ergebnisse, die die pauschale Aussage präzisieren und relativieren. Doch wird in der gleichen Session von Semikron gezeigt, dass es Si-Dioden für 1200 V gibt, die bei Gleichspannung von 100% der spezifizierten Sperrspannung noch höhenstrahlungsfest sind. Es hängt offenbar vom jeweiligen Design ab. Es bleibt spannend.

Leistungselektronik kann Stromnetze stabilisieren

Ein weiteres wichtiges Thema der Konferenz ist die Stabilisierung von Stromnetzen bei steigendem Anteil von regenerativen Energiequellen. Fluktuationen der meteorologischen Bedingungen führen zu Schwankungen der eingespeisten Leistung speziell bei Photovoltaik- und Windgeneratoren. Diese erfordern Energiespeicher, die zur Stabilisierung über Wechselrichter an das Netz gekoppelt werden.

Die Firma Sanken Electric stellt zusammen mit der Nagaoka University of Technology (Japan) zu diesem Zweck ein Schwungrad als Energiespeicher vor, der über einen Matrixumrichter an das Netz gekoppelt ist und sich durch eine hohe Lebensdauer und einen guten Wirkungsgrad auszeichnet. Weitere Beiträge der Universität Parana (Brasilien) und der Tel Aviv University (Israel) beschäftigen sich mit der Steuerung von Wechselrichtern, die auch bei transienten Störungen und schwachen Netzen die Stabilisierung sicherstellen müssen.

Eine eigene Session beschäftigt sich mit Hochspannungsgleichstromübertragung, darunter ein Vergleich der Umrichter-Topologien sowie eine neue Topologie für einen Circuit-Breaker, vorgeschlagen vom KIT (Karlsruhe). Man hat insgesamt den Eindruck, dass die PCIM-Konferenz an fachlicher Qualität und an internationaler Bedeutung zunimmt. Firmen benutzen die Konferenz, um technische Neuerungen das erste Mal anwendungsbezogen zu diskutieren. Es zeigt sich auch die Tendenz, dass die Anforderungen der Zuverlässigkeit eine sehr starke Rolle auf der PCIM spielen. Es finden viele Erstveröffentlichungen statt und der Neuheitsgrad der Vorträge ist hoch.

* Prof. Dr.-Ing. Josef Lutz (TU Chemnitz) ist beratendes Mitglied im Board of Directors der PCIM Europe.

* Prof. Dr. Uwe Scheuermann (SEMIKRON Elektronik) ist Mitglied des Board of Directors der PCIM Europe Konferenz.

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