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Vorrichtung zur Sicherstellung eines Kurzschlusses im Fehlerfall eines Leistungshalbleitermoduls

IP.com Disclosure Number: IPCOM000009321D
Original Publication Date: 2002-Sep-25
Included in the Prior Art Database: 2002-Sep-25
Document File: 1 page(s) / 43K

Publishing Venue

Siemens

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Juergen Carstens: SUBMITTER

Abstract

Leistungshalbleiter werden in einem Stromrichterventil in Reihe geschaltet, um hohe Spannungen zu erreichen wie sie beispielsweise bei der Energieuebertragung notwendig sind. Damit bei einem Ausfall eines einzigen Leistungshalbleiters in dieser Reihenschaltung nicht die ganze Anlage abgeschaltet werden muss, ist es notwendig, dass dieser ausgefallene Halbleiter einen sicheren Kurzschluss bildet, damit der Strom weiterhin ueber diesen Leistungshalbleiter fliessen kann. Dieser Kurzschluss muss bis zur naechsten Wartung der Anlage bestehen (in der Regel ca. ein Jahr). Bei der Verwendung von Standardleistungsmodulen kann ein sicherer Kurzschluss nicht gewaehr-leistet werden. Deshalb werden bislang PressPack-Bauelemente oder speziell entwickelte Module fuer eine hohe Reihenschaltzahl verwendet. Dabei hat sich eine Modulbauform bei den IGBTs (Integrated Gate Bipolar Transistor) durchgesetzt, die jedoch keinen sicheren Kurzschluss gewaehrleisten. Um eine Reihenschaltung von Standard-IGBT-Modulen mit Redundanz zu realisieren, werden Vor-richtungen parallel zu den IGBT-Modulen geschaffen, die einen sicheren Kurzschluss im Fehlerfall eines IGBT-Modules gewaehrleisten. Eine derartige Vorrichtung kann beispielsweise ein mechanischer Schalter sein, der geschlossen wird, sobald das Modul defekt ist. Eine weitere Moeglichkeit ist ein Thyristor in einer Scheibenzelle, der bei Bedarf gezuendet wird. Dabei kann der Thyristor derart ausgelegt sein, dass er waehrend dieses Be-triebs defekt wird, da ein defekter Thyristor in einer Scheibenzelle einen sicheren Kurzschluss bildet. Es ist auch moeglich, eine moeglicherweise vorhandene externe Freilaufdiode in einer Scheibenzelle fuer diesen sicheren Kurzschluss heranzuziehen. Um fuer eine Zerstoerung dieser Diode zu sorgen, wird ein Schalter in Reihe zum IGBT-Modul gebracht. Ist das Modul defekt, dann wird der Schalter geoeffnet, und beim Einschalten des gesamten Stromrichterventils steigt die Spannung an der Diode ueber ihr Sperrfaehigkeit an, so dass die Scheibenzellendiode zerstoert wird und so einen sicheren Kurzschluss bildet.

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Vorrichtung zur Sicherstellung eines Kurzschlusses im Fehlerfall eines Leistungshalbleitermoduls

Idee: Dr. Martin Ruff, DE-Erlangen; Benno Weis, DE-Erlangen

Leistungshalbleiter werden in einem Stromrichterventil in Reihe geschaltet, um hohe Spannungen zu erreichen wie sie beispielsweise bei der Energieuebertragung notwendig sind. Damit bei einem Ausfall eines einzigen Leistungshalbleiters in dieser Reihenschaltung nicht die ganze Anlage abgeschaltet werden muss, ist es notwendig, dass dieser ausgefallene Halbleiter einen sicheren Kurzschluss bildet, damit der Strom weiterhin ueber diesen Leistungshalbleiter fliessen kann. Dieser Kurzschluss muss bis zur naechsten Wartung der Anlage bestehen (in der Regel ca. ein Jahr).

Bei der Verwendung von Standardleistungsmodulen kann ein sicherer Kurzschluss nicht gewaehr- leistet werden. Deshalb werden bislang PressPack-Bauelemente oder speziell entwickelte Module fuer eine hohe Reihenschaltzahl verwendet. Dabei hat sich eine Modulbauform bei den IGBTs (Integrated Gate Bipolar Transistor) durchgesetzt, die jedoch keinen sicheren Kurzschluss gewaehrleisten.

Um eine Reihenschaltung von Standard-IGBT-Modulen mit Redundanz zu realisieren, werden Vor- richtungen parallel zu den IGBT-Modulen geschaffen, die einen sicheren Kurzschluss im Fehlerfall eines IGBT-Modules gewaehrleisten.

Eine derartige Vorrichtung kann beispielsweise ein mechanischer Schalter sein, der geschlossen wird, sobald das Modul defekt ist. Eine weitere Moeglich...