Dismiss
InnovationQ will be updated on Sunday, Oct. 22, from 10am ET - noon. You may experience brief service interruptions during that time.
Browse Prior Art Database

Vermeidung von hochfrequenten Oszillationen in Leistungsmodulen

IP.com Disclosure Number: IPCOM000124384D
Original Publication Date: 2005-May-20
Included in the Prior Art Database: 2005-May-20
Document File: 2 page(s) / 520K

Publishing Venue

Siemens

Related People

Juergen Carstens: CONTACT

Abstract

Pett-Oszillationen (Pett: Plasma Extraction Transit Time) sind ein erst seit relativ kurzer Zeit bekanntes Phaenomen. Sie wurden zuerst in Modulen mit parallel geschalteten IGBT-Chips (Insulated Gate Bipolar Transistor) beobachtet, aber auch bei parallel geschalteten Freilaufdioden sowie bei einfachen, nicht parallel geschalteten IGBTs gefunden. Abb. 1 zeigt das Beispiel einer gemessenen Pett-Schwingung, welche waehrend des Abkommutierens einer Freilaufdiode auftritt. Ursache sind die am Ende des Abschaltvorgangs noch im Bauelement gespeicherten Ladungen. Waehrend die Elektronen sowohl bei IGBTs als auch bei Dioden keine Raumladungszone durchqueren muessen, durchlaufen die Loecher mit Saettigungsdriftgeschwindigkeit die bereits abgebaute Raumladungszone. Dieser Loechertransport verursacht eine Modulation des elektrischen Feldes, die Spannungsaenderung ueber dem Bauelement wird verzoegert und ein negativer differentieller Widerstand hervorgerufen. Die Oszillationen treten auf, wenn der negative differentielle Widerstand groesser als alle positiven Anteile im kompletten Kreis ist. Die moegliche Schwingfrequenz wird dabei von der Laufzeit der Loecher durch die Raumladungszone bestimmt. Vereinfacht koennen die positiv geladenen Loecher, welche die Raumladungszone durchlaufen, als ein zeitabhaengiger Verschiebungsstrom (zeitabhaengig, da zunehmend weniger Ladungstraeger vorhanden sind) betrachtet werden. Das Bauelement stellt demnach eine Kapazitaet dar, der Resonanzkreis wird durch eine aeussere Induktivitaet - gebildet durch die Bonddraehte - komplettiert.

This text was extracted from a PDF file.
At least one non-text object (such as an image or picture) has been suppressed.
This is the abbreviated version, containing approximately 50% of the total text.

Page 1 of 2

S

Vermeidung von hochfrequenten Oszillationen in Leistungsmodulen

Idee: Dr. Anton Mauder, DE-Muenchen; Dr. Ralf Siemieniec, DE-Muenchen

Pett-Oszillationen (Pett: Plasma Extraction Transit Time) sind ein erst seit relativ kurzer Zeit bekanntes Phaenomen. Sie wurden zuerst in Modulen mit parallel geschalteten IGBT-Chips (Insulated Gate Bipolar Transistor) beobachtet, aber auch bei parallel geschalteten Freilaufdioden sowie bei einfachen, nicht parallel geschalteten IGBTs gefunden.

Abb. 1 zeigt das Beispiel einer gemessenen Pett-Schwingung, welche waehrend des Abkommutierens einer Freilaufdiode auftritt. Ursache sind die am Ende des Abschaltvorgangs noch im Bauelement gespeicherten Ladungen. Waehrend die Elektronen sowohl bei IGBTs als auch bei Dioden keine Raumladungszone durchqueren muessen, durchlaufen die Loecher mit Saettigungsdriftgeschwindigkeit die bereits abgebaute Raumladungszone. Dieser Loechertransport verursacht eine Modulation des elektrischen Feldes, die Spannungsaenderung ueber dem Bauelement wird verzoegert und ein negativer differentieller Widerstand hervorgerufen. Die Oszillationen treten auf, wenn der negative differentielle Widerstand groesser als alle positiven Anteile im kompletten Kreis ist. Die moegliche Schwingfrequenz wird dabei von der Laufzeit der Loecher durch die Raumladungszone bestimmt. Vereinfacht koennen die positiv geladenen Loecher, welche die Raumladungszone durchlaufen, als ein zeitabhaengiger Verschiebungsstrom (zeitabhaengig, da zunehmend weniger Ladungstraeger vorhanden sind) betrachtet werden. Das Bauelement stellt demnach eine Kapazitaet dar, der Resonanzkreis wird durch eine aeussere Induktivitaet - gebildet durch die Bonddraehte - komplettiert.

Pett-Oszillationen koennen also dann auftreten, wenn ein Resonanzkreis existiert, dessen Eigenfrequenz in der Naehe der durch die Traegerlaufzeit bestimmten Transitfrequenz des Bauelements liegt. Sie koennen nur zum Ende des Abschaltvorgangs stattfinden, da ansonsten noch zu viele Ueberschussladungstraeger im Bauelement gespeichert sind, wodurch die Modulation des elektrischen Feldes quasi abgeschirmt wird. Die Parameterabhaengigkeiten, welche das Auftreten der Pett-Oszillationen beeinflussen, sind komplex. Treten die Schwingungen jedoch in einem Leistungsmodul auf, koennen Probleme der Elektromagnetischen Vertraeglichkeit (EMV) die Folge sein und sollten daher vermieden werden.

Kann aufgrund der komplexen Abhaengigkeiten das Auftreten der Pett-Oszillationen nicht sicher verhindert werden, kommt es innerhalb bestimmter Betriebsbedingungsfenster zu diesen Schwingungen und den damit verbundenen Problemen. Handelt es sich um Leistungsmodule mit parallel geschgalteten IGBTs auf einer Einzel-DCB (Direct Copper Bonding), fuehren zusaetzliche direkte Querbonds zwischen den Emitterflaechen zur Vermeidung der Schwingung. Es wurde ebenfalls berichtet, dass die Verwendung hochpermeabler Materialien zu einer Vermeidung des Effekts fuehrt. Dabei tritt jedoch na...