University thesis:
Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2005
Footnote:
Titel auf der HTS unvollständig
Description:
Die Systemintegration ist ein treibender Faktor in der Weiterentwicklung leistungselektronischer Systeme. Neben einer Erhöhung der Leistungsdichte und der Zuverlässigkeit ist der Schutz von Leistungshalbleitern ein wichtiges Kriterium bei der technischen Umsetzung von Schaltungstopologien. Dabei ist die Sperrschichttemperatur ein wesentlicher Betriebsparameter neben dem Einhalten von Spannungsgrenzen und dynamischen Grenzwerten. Stand der Technik bei der industriellen Umsetzung thermischer Schutzkonzepte in Umrichtern ist die Ausnutzung der Temperaturabhängigkeit von Bauelementeparametern oder die Messung der mittleren Kühlkörpertemperaturen jedoch noch nicht eine direkte verzögerungslose Messung der zeitlichen Sperrschichttemperaturverläufe in Standardmodulen. Von dem Ansatz einer Modellumsetzung in Mikrorechnern ausgehend, wird in der vorgelegten Arbeit das Thema der Online-Ermittlung der zeitlich veränderlichen Sperrschichttemperatur von Leistungshalbleiterbauelementen im Umrichterbetrieb vorgestellt. Die elektrische und thermische Modellbildung wurde für Single- und Multichip-Anordnungen technisch umgesetzt sowie die Genauigkeit bei unterschiedlichen Lastformen und Zyklen untersucht. Der Schutz der Leistungshalbleiter durch den im Mikrocontroller online simulierten Parameter Sperrschichttemperatur wurde zur Regelung und Steuerung in Umrichtern umgesetzt. Von dem Ansatz der Verbesserung der elektrischen Ausnutzung ausgehend war das zweite Ziel dieser Arbeit die theoretische und experimentelle Untersuchung von Methoden und Varianten des Schutzes von Leistungshalbleiterschaltern gegen periodische und nichtperiodische Überspannungen. Im Mittelpunkt stand die Erforschung der Möglichkeiten und Grenzen des Verfahrens Active Voltage Clamping" für Schalter mit Hochspannungs-IGBT. In der Arbeit wurden Lösungsvarianten und grundlegende Verfahren für IGBT-Schalter bis zu einer Nennsperrspannung von 3,5kV erarbeitet, analysiert und in Einzelschaltern sowie in verschiedenen Stromrichtertopologien appliziert. In experimentellen Untersuchungen wurden Aspekte der Realisierbarkeit, des Derating und der Snubberanforderungen des Active Clamping zur Reihen- und Parallelkaskadierung von IGBTs erarbeitet.