Untitled - Semikron

V [V]
max
1000
950
900
850
800
750
700
Platinum-diffused Diode
CAL-Diode
Conditions:
V AK = 800 V
di F/dt
= 1200 A/µs
T= j 150°C
1 10 I F [A] 100
2 Grundlagen
Bild 2.3.10 Bei Kommutierung auftretende Spannungsspitze an der Diode in Abhängigkeit vom Vorwärtsstrom
als Kriterium für das Schaltverhalten von Dioden
In Bild 2.3.10 wird die auftretende Überspannung einer CAL-Diode mit der einer Platin-diffundierten
Diode verglichen, die durch reduzierten p-Emitterwirkungsgrad ein Soft-Recovery-Verhalten
aufweist. Bei Nennstrom (75 A) ist die Platin-diffundierte Diode genauso soft wie die CAL-Diode.
Bei kleineren Strömen treten aber in ihr durch snappiges Schaltverhalten hervorgerufene Überspannungen
auf, deren Maximum bei 10 % Nennstrom mehr als 100 V erreicht. Noch kleinere
Ströme schaltet der verwendete IGBT langsamer, und die Überspannung geht zurück. Bei der
CAL-Diode tritt dagegen unter allen Bedingungen keine wesentliche Überspannung auf. Halbleiterphysikalisch
betrachtet zeigt Bild 2.3.11 die Ladungsträgerkonzentration im Querschnitt des
Halbleitermaterials während eines Ausschaltvorgangs in einer snappigen und Bild 2.3.12 in einer
Soft-Recovery-Diode.
N , N , p
A D
1E+18
1E+16
p
1E+14
t 0
Hole Current
t 2
Charge Carrier Hill
t 5
t 3
n -
t 4
Electron Current
t 3
t 2
n +
100 200 w [µm]
Bild 2.3.11 Diffusionsprofil und Simulation des Verlaufs des Abbaus der Ladungsträger (Löcherdichte) in
einer snappigen Diode
Die n--Zone der Diode ist bei Durchlassbelastung mit > 1016 cm-3 Elektronen und Löchern überschwemmt,
die Konzentration der Elektronen n und der Löcher p kann als gleich angenommen
werden. Während des Schaltvorgangs entsteht zwischen t und t der Ladungsträgerberg in der
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n--Zone, in ihm ist ebenfalls n ≈ p. Der Abbau der Ladungsträger erfolgt zur Kathode durch den
Elektronenstrom und zur Anode durch den Löcherstrom, was im äußeren Kreis als Rückstrom auftritt.
Im Fall der snappigen Diode in Bild 2.3.11 ist kurz nach t der Ladungsträgerberg erschöpft.
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Zwischen t und t kommt es zu einem sprunghaften Übergang der Diode von einem Zustand mit
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Ladungsträgerberg zu einem Zustand ohne Ladungsträgerberg, der Rückstrom reißt abrupt ab.
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