Untitled - Semikron

5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module
5.8.2 Reihenschaltung
Eine direkte Reihenschaltung von Leistungshalbleitern ohne Avalanchefestigkeit ist eher selten.
Aufgrund der
- zusätzlichen Verluste wegen der n-fachen Diffusionsspannung (Durchlassspannung);
- Verluste im Parallelwiderstand;
- der erhöhten Ladung, die vom Transistor beim Schalten übernommen werden muss;
- des Aufwandes an Bauelementen für die Beschaltung
ist die Reihenschaltung von Leistungshalbleitern im allgemeinen nicht üblich, wenn ein auf die
höhere Spannung spezifiziertes Bauelement verfügbar ist. Eine Ausnahme kann sein, wenn die
Durchlassverluste nur eine geringe Rolle spielen und man auf die kurze Schaltzeit und niedrigere
Schaltverluste von Halbleitern der niedrigeren Spannungsklasse angewiesen ist. Wesentlich gebräuchlicher
sind Schaltungen, die für sich gesehen jede auf einem Spannungsniveau betrieben
werden, das für den Einzelhalbleiter unkritisch ist. Beispiele sind Multilevel Inverter mit geklemmten
Zwischenkreisspannungen (Clamping diodes), Kondensatoren mit schwebenden Potentialen
(Flying capacitors) oder mit kaskadierten Einzelumrichtern (Cascaded Inverter). Diese können
unter Beachtung der Luft- und Kriechstrecken und der Isolationsfestigkeit gegenüber Erde wie
Einzelschalter ohne Reihenschaltung betrachtet werden.
Clamping diodes Flying capacitors Cascaded inverter
Bild 5.8.17 Beispiele für Reihenschaltungen von IGBT ohne kritische Spannungsaufteilung
5.8.2.1 Probleme der Spannungssymmetrierung
Um die Sperrspannung leistungselektronischer Schalter zu erhöhen, können IGBT-Module in Reihe
geschaltet werden. Beim Einsatz von Modulen betrifft die Reihenschaltung sowohl die Transistoren
als auch die dazugehörigen Inversdioden bzw. Freilaufdioden.
Eine maximale Spannungsausnutzung des durch Reihenschaltung entstehenden Schalters wird
nur bei idealer statischer (d.h. im Sperrbetrieb) und dynamischer (d.h. im Schaltaugenblick) Spannungssymmetrierung
der Einzelmodule erreicht. Deshalb ist für die praktische Realisierung der
Reihenschaltung die Optimierung der Symmetrieverhältnisse von großer Bedeutung.
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