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Struktur zur Reduktion der Einschaltverluste von IGBTs

IP.com Disclosure Number: IPCOM000168509D
Original Publication Date: 2008-Mar-26
Included in the Prior Art Database: 2008-Mar-26
Document File: 2 page(s) / 37K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Leistungshalbleiterelemente, bei denen der Strom durch ein in einem Trench angeordnetes Gate gesteuert wird, erzeugen sowohl im Durchlassfall als auch beim Schalten Verluste. Die Verringerung der Ein- und Ausschaltverluste bei gleicher Saettigungsspannung ist bei der Entwicklung von solchen Leistungshalbleiterelementen ein wichtiges Ziel. Bei dieser Optimierung darf man die dazugehoerige Freilaufdiode sowie den zu betreibenden Motor nicht ausser Acht lassen. Damit diese keinem zu hohem Stress ausgesetzt sind und zerstoert werden, duerfen beispielsweise die Strom- bzw. Spannungsflanken beim Schalten nicht zu steil werden. Schaltverluste des IGBT koennen bei unveraenderter Zellgeometrie und Siliziumdicke durch Reduktion der Gate-Kapazitaet und des Gate-Widerstands vermindert werden. Im Fall einer gezielten Verringerung der Gate-Drain-Kapazitaet laesst sich eine deutliche Reduktion der Einschaltverluste erreichen. Im Fall eines kleineren Gate-Widerstands reduzieren sich sowohl die Ein- als auch die Ausschaltverluste. Die Verwendung eines kleineren Gate-Widerstands hat jedoch den Nachteil, dass besonders in Modulen mit parallel geschalteten IGBTs unerwuenschte Schwingungen im Kurzschlussfall auftreten. Eine andere Moeglichkeit zur Reduzierung von Schaltverlusten ist der Anschluss eines p-dotierten Floating-Gebietes mit an das Source-Potential. Diese Massnahme wirkt sich auch nur auf das Einschaltverhalten aus. Der Einschaltvorgang kann gezielt ueber einen genuegend grossen Widerstand beschleunigt werden. Die Loesungen mit Gate-Widerstand und p-dotiertem Gebiet haben den grossen Nachteil, dass dabei die Freilaufdiode aufgrund der teilweise sehr steilen Stromflanken extrem belastet wird.