Schaltverhalten und Schutzbeschaltungen von Hochleistungshalbleitern:
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Düsseldorf
VDI Verl.
1996
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| adam_text | Titel: Schaltverhalten und Schutzbeschaltungen von Hochleistungshalbleitern
Autor: Teigelkötter, Johannes
Jahr: 1996
SCHRITT- m MM^M BERICHTE mV Dipl.-Ing. Johannes Teigeikötter, Herzogenaurach Schaltverhalten und Schutzbeschaltungen von Hochleistungshalbleltern Reihe 21 : Elektrotechnik Nr. 206 VDI VERLAS
Inhalt V 1 Einleitung 1 2 Prüfstand für Hochleistungshalbleiter 3 2.1 Leistungsteil des Prüfstands 3 2.2 Sicherheits- und Schutzkonzept 5 2.3 Betriebsarten des Prüfstands 6 2.3.1 Doppelpulsbetrieb 6 2.3.2 Dauerbetrieb 8 2.4 Aufbau für GTO-Prüfungen 12 2.4.1 Einstellung der Temperatur am Prüfling 13 3 Meßtechnik 14 3.1 Meßeinrichtung des Prüfstands 15 3.2 Anforderungen an die Grenzfrequenz der Meßglieder 16 3.3 Ermittlung der Schaltverlustenergie 17 3.3.1 Einfluß von Störgrößen 18 3.3.2 Einfluß der Quantisierung des Analog / Digital-Umsetzers 19 4 Analyse von Schutzbeschaltungen für Hochleistungs-GTO-Thyristoren in Traktionswechselrichtem 22 4.1 Anforderungen an Schutzbeschaltungen 22 4.2 Funktionsweise gebräuchlicher Schutzbeschaltungen 24 4.2.1 RCD-Beschaltung mit Überlaufkondensator 26 4.2.1.1 Einschalten 26 4.2.1.2 Ausschalten großer Lastströme 28 4.2.1.3 Ausschalten kleiner Lastströme 30 4.2.2 Unsymmetrische Schutzbeschaltung nach Marquardt und Undeland 32 4.2.2.1 Einschalten positiver Lastströme 33 4.2.2.2 Ausschalten großer positiver Lastströme 34 4.2.2.3 Ausschalten kleiner positiver Lastströme 36 4.2.2.4 Einschalten negativer Lastströme 37 4.2.2.5 Ausschalten großer negativer Lastströme 39 4.2.2.Ö Ausschalten kleiner negativer Lastströme 40 4.2.3 Symmetrische Schutzbeschaltung nach Wagner und McMurray 42 4.2.3.1 Einschalten 43 4.2.3.2 Ausschalten großer Lastströme 44 4.2.3.3 Ausschalten kleiner Lastströme 46 4.3 Vergleich der verlustbehafteten Schutzbeschaltungen 48 4.3.1 Überspannung beim Ausschalten als Funktion der minimalen Ausschaltzustandszeit 49 4.3.2 Nachladestrom in den Beschaltungsdioden 50 4.3.2.1 RCD-Schutzbeschaltung mit Überlaufkondensator 51 4.3.2.2 Schutzbeschaltung nach Marquardt und Undeland 52 4.3.2.3 Schutzbeschaltung nach Wagner und McMurray 53 4.3.2.4 Vergleich der Nachladeströme 53 4.3.3 Verluste der Schutzbeschaltungen 54 4.4 Einfluß des
Rückstroms von Rückarbeitsdioden auf die Einschaltverlustenergie der Schutzbeschaltungen 57 4.5 Verlustleistungen der verschiedenen Schutzbeschaltungen 60
VI Inhalt 5 Schaltverhalten von Hochleistungs-GTO bei verschiedenen Schutzbeschaltungen 62 5.1 Schaltverhalten bei unsymmetrischer Schutzbeschaltung 63 5.1.1 Einschaltverhalten - ohne Strom in den Beschaltungsdioden 64 5.1.2 Einschaltverhalten - bei Strom in den Beschaltungsdioden 66 5.1.3 Ausschaltverhalten 68 5.2 Schaltverhalten bei symmetrischer Schutzbeschaltung 70 5.2.1 Einschaltverhalten 71 5.2.2 Ausschaltverhalten 72 5.3 Vergleich der Schaltvorgänge 73 6 Schaltverhalten von Rückarbeitsdioden bei verschiedenen Schutzbeschaltungen 76 6.1 Einschaltverhalten der Rückarbeitsdioden 76 6.2 Ausschaltverhalten der Rückarbeitsdioden 77 6.3 Simulation des Ausschaltvorgangs 79 6.3.1 Stationäre Ladungsträgerverteilung 89 6.3.2 Ladungsträgerverteilung während der Kommutierungs- und Verzugszeit 81 6.3.3 Beschreibung des Spannungsaufbaus 82 6.3.4 Vergleich der Simulation mit den Meßergebnissen 84 7 Schaltverluste von Hochleistungs-GTO 86 7.1 Schaltverluste konventioneller Hochleistungs-GTO bei unsymmetrischer Schutzbeschaltung 87 7.1.1 Einschaltverluste - ohne Strom in den Beschaltungsdioden 88 7.1.2 Einschaltverluste - bei Strom in den Beschaltungsdioden 90 7.1.3 Ausschaltverluste 91 7.2 Schaltverluste von Feinstruktur-(F-)GTO bei symmetrischer Schutzbeschaltung 93 7.2.1 Einschaltverluste 93 7.2.2 Ausschaltverluste 96 8 Schaltverhalten von Hochspannungs- IGBT 98 8.1 Aufbau und Funktionsprinzip der IGBT 98 8.2 Einschaltverhalten von Hochspannungs-IGBT 100 8.2.1 Einfluß der Rückarbeitsdiode auf den Einschaltvorgang 102 8.3 Ausschaltverhalten von Hochspannungs-IGBT 105 8.3.1 Begrenzung der Spannungssteilheit durch die Ansteuerung 107 8.4 Kurzschlußverhalten von Hochspannungs-IGBT 109 9 Zusammenfassung 111 10 Anhang 113 10.1 Hochspannungskreis des Prüfstands 113 10.2 Meßbereich und notwendige Grenzfrequenz der Meßglieder bei der Messung des Schaltverhaltens von GTO und IGBT 115 10.3 Äquivalente Ersatzschaltungen
116 10.4 Prinzipieller Aufbau der Prüfschaltungen 117 10.5 Meßverfahren zur Bestimmung parasitärer Induktivitäten von Beschaltungsmaschen in Schutzbeschaltungen 118 10.6 Strombegrenzung eines NPT-IGBT im Kurzschlußfall 119 10.7 Verzeichnis der untersuchten Leistungshalbleiter 122 11 Literaturverzeichnis 123
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