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Verfahren und Vorrichtung zur Symmetrierung der Spannungsverteilung von Leistungshalbleitern in einer Reihenschaltung

IP.com Disclosure Number: IPCOM000011418D
Published in the IP.com Journal: Volume 3 Issue 3 (2003-03-25)
Included in the Prior Art Database: 2003-Mar-25
Document File: 3 page(s) / 106K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

In einer Reihenschaltung von Leistungshalbleitern muss die Sperrspannung der einzelnen Bauelemente nach dem Ausschalten eines Ventils an jedem Bauelement gleich sein. Ist dies nicht der Fall koennen einzelne Bauelemente dieser Reihenschaltung durch Ueberspannung zerstoert werden. Die Sperrspannung eines Halbleiters haengt von seiner Speicher- bzw. Tailladung ab. Da diese Halbleitereigenschaft stark streut, koennen die Sperrspannungen an den einzelnen Bauelementen zu stark variieren: Eine Symmetrierung der Spannungsverteilung ist notwendig. In den europaeischen Patentschriften 0 666 647 und 0653 830 wird jeweils eine Loesung dieses Problems beschrieben. An einem Halbleiter einer Reihenschaltung kann die resultierende Sperrspannung (UCE) dadurch eingestellt werden, dass sein Ansteuerimpuls zeitlich versetzt wird. Durch ein frueheres Einschalten eines Bauelements wird seine maximale Spannung (Umax) zum Abschaltzeitpunkt erhoeht, da dieser Zeitpunkt konstant bleibt (Abbildung 1). Eine hoehere Maximalspannung reduziert die Tailladung (Qtail), was eine hoehere Sperrspannung nach sich zieht (Abbildungen 2 und 3).Die erforderliche Zeitverschiebung der Steuerimpulse an den einzelnen Bauelementen wird berechnet, indem man an ihnen entweder die Verlustleistung bestimmt oder die Spannung misst. Die genannten Verfahren sind allerdings nicht mehr wirksam, wenn eine aktive Ueberspannungsbegrenzung eingesetzt wird. Da die maximale Spannung an einem Bauelement begrenzt ist, fuehrt ein frueheres Abschalten nicht mehr zu einer hoeheren Maximalspannung, und es kann keine hoehere Sperrspannung eingestellt werden (Abbildung 4). Die neue Loesung sieht nun vor, den Wert fuer die aktive Ueberspannungsbegrenzung zu veraendern. Soll die Sperrspannung nach dem Ausschalten erhoeht werden, wird nicht mehr der Ansteuerimpuls verschoben, sondern der Wert der maximalen Spannung von Umax1 auf Umax2 erhoeht (Abbildung 5).

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S

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Verfahren und Vorrichtung zur Symmetrierung der Spannungsverteilung von Leistungshalbleitern in einer Reihenschaltung

Idea: Benno Weis, DE-Erlangen

In einer Reihenschaltung von Leistungshalbleitern muss die Sperrspannung der einzelnen Bauelemente nach dem Ausschalten eines Ventils an jedem Bauelement gleich sein. Ist dies nicht der Fall koennen einzelne Bauelemente dieser Reihenschaltung durch Ueberspannung zerstoert werden. Die Sperrspannung eines Halbleiters haengt von seiner Speicher- bzw. Tailladung ab. Da diese Halbleitereigenschaft stark streut, koennen die Sperrspannungen an den einzelnen Bauelementen zu stark variieren: Eine Symmetrierung der Spannungsverteilung ist notwendig.

In den europaeischen Patentschriften 0 666 647 und 0653 830 wird jeweils eine Loesung dieses Problems beschrieben. An einem Halbleiter einer Reihenschaltung kann die resultierende Sperrspannung (UCE) dadurch eingestellt werden, dass sein Ansteuerimpuls zeitlich versetzt wird. Durch ein frueheres Einschalten eines Bauelements wird seine maximale Spannung (Umax) zum Abschaltzeitpunkt erhoeht, da dieser Zeitpunkt konstant bleibt (Abbildung 1). Eine hoehere Maximalspannung reduziert die Tailladung (Qtail), was eine hoehere Sperrspannung nach sich zieht (Abbildungen 2 und 3).Die erforderliche Zeitverschiebung der Steuerimpulse an den einzelnen Bauelementen wird berechnet, indem man an ihnen entweder die Verlustleistung bestimmt oder die Spannung misst.

Die genannten Verfahren sind allerdings nicht mehr wirksam, wenn eine aktive Ueberspannungsbegrenzung eingesetzt wird. Da die maximale Spannung an einem Bauelement begrenzt ist, fuehrt ein frueheres Abschalten nicht mehr zu einer hoeheren Maximalspannung, und es kann keine hoehere Sperrspannung eingestellt werden (Abbildung 4).

Die neue Loesung sieht nun vor, den Wert fuer die aktive Ueberspannungsbegrenzung zu veraendern. Soll die Sperrspannung nach dem Ausschalten erhoeht werden, wird nicht mehr der Ansteuerimpuls verschoben, sondern der Wert der maximalen Spannung von Umax1 auf Umax2 erhoeht (Abbildung 5).

Die Veraenderung der Ueberspannungsgrenze kann auf zwei Arten realisiert werden. Zum einen kann ein entsprechender Befehl in einem zentralen Steuergeraet generiert werden (Abbildung 6). Dieses hat als Eingangsgroessen die Sperrspannungen der einzelnen Bauelemente nach dem Abschalten (analog zu EP 0653 830 B1). Zusaetzlich ist es jedoch vorteilhaft, dass die Ansteuerschaltung jedes einzelnen Bauelements eine Information an...