Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MOSFET vs. IGBT Kurzschlussschutz


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von Dirk F. (dirkf)


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Hallo zusammen,
ich habe meine Schaltung aus diesen Beiträgen mit 1,5-facher Nennlast 
bei 25°C Umgebungstemperaturen am laufen:

Beitrag "DC-DC Wandler für IGBT/MOSFET Treiber dimensionieren (Leistung)"
Beitrag "MOSFET TW045N120C Kurzschlussschutz maximale Zeit ?"

Diese beiden Halbleiter funktionieren mit gleicher Ansteuerung:
Prototyp#1: SIC MOSFET TW045N120c
Prototyp#2: IGBT IXYH55N120A4

Gleiches Verhalten von Strom und Spannung in der Last.
Die Temperatur des Kühlkörpers bleibt bei der MOSFET Version ca. 6 K 
kälter.

Im nächsten Schritt möchte ich den Kurzschlussschutz konstruieren und 
testen.

Ich habe diesen sehr interessanten Artikel gefunden:
https://m.littelfuse.com/media?resourcetype=application-notes&itemid=6d88016a-e909-43fe-b5b8-cac53097358f&filename=littelfuse-forward-biased,-reverse-biased,-and-short-circuit-safe-operating-area-of-mosfets-and-igbts-an


Habe ich die Anforderungen richtig verstanden:
Für MOSFET gilt: Im Kurzschlussfall so schnell wie möglich abschalten.
Für IGBT: Warten mit dem Abschalten, bis der Bereich SCSOA erreicht 
wird.

von Dirk F. (dirkf)


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Sorry für Push.
Sonntags sind hier wohl keine Profis drin....

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Dirk F. schrieb:
> Für IGBT:

Das scheint so richtig aufgefasst worden zu sein.

Die transistorbildenden Zonen muessen alle in der Saettigung sein, wenn 
im KS-Fall abgeschaltet wird.

Kann man sich vereinfacht so vorstellen, wenn ein Schottky-Transistor 
und ein normaler abgeschaltet wuerden wie ungleich sich der Verlustpeak 
verteilt, weil die Schnelligkeit im Chip nicht überall exakt gleich ist.

von Dirk F. (dirkf)


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Dieter D. schrieb:
> Die transistorbildenden Zonen muessen alle in der Saettigung sein, wenn
> im KS-Fall abgeschaltet wird.

Hallo Dieter,
danke für die Antwort.

Aber in dem Dokument spricht Littlefuse von warten bis entsättigt 
(desaturated). Die Sättigung (Maximum Strom) war dann wohl vorher...

Ich verstehe auch diese Angaben im Datenblatt des IGBT nicht (s. Anlage)
Ist SSOA  = Short Safe Operating Area ?

: Bearbeitet durch User
von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Dirk F. schrieb:
> Aber in dem Dokument spricht Littlefuse von warten bis entsättigt

Das stimmt so auch. Nur nahm ich das gleiche Wort für die Beschreibung 
von der Seite im Bezug auf die Transistorkennlinie, was leicht zu 
verwechseln ist. Bei einem bestimmten Basisstrom wird die Kollektrostrom 
zu Uce Kennlinie waagrecht. D.h. hier tritt eine Sättigung auf und 
deshalb knickt die Kurve in die Waagrechte ab.
Im Bezug auf den Ladungsträgerüberschuss im Halbleiter zwischen Basis 
und Emitter gibt es eine Entsättigung.

von Alfred B. (alfred_b979)


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Dirk F. schrieb:
> Habe ich die Anforderungen richtig verstanden:
> Für MOSFET gilt: Im Kurzschlussfall so schnell wie möglich abschalten.
> Für IGBT: Warten mit dem Abschalten, bis der Bereich SCSOA erreicht
> wird.

Mein Eindruck: IGBT-Pferd falschrum aufgezäumt.

> Im Kurzschlussfall so schnell wie möglich abgeschaltet werden...

ginge immer, nur IGBTs "vertragen" tendentiell länger u./o. mehr
Kurzschlußstrom als MOSFETs (genaueres abh. v. IGBT, s. DatenBlatt).

Deutlicher:
Man KANN ... IGBTs i.A. später UND auch LANGSAMER(*) abschalten.
Von MUSS ist da nicht die Rede, auch nicht vom erlaubten I_max.

Stattdessen legt man den U_CE Wert für die Desat-OCP ein m.o.w.
(je nach Budget...) großes Stück UNTER diesen Wert... man will ja
den IGBT auch SCHÜTZEN, und ihn nicht etwa ständig an seiner abs.
Belastungsgrenze abschalten (/müssen) - darum geht's doch.


[*/Ergänzung: "Wieso sollte man LANGSAMER abschalten WOLLEN...?
Ist ja wieder was ganz anderes als SPÄTER abschalten zu DÜRFEN."

Evtl. stelltest Du Dir nach o. g.(*) diese Frage. Es ist so:

"So schnell wie möglich" ist auch eine Frage des Aufbaus (L_paras
verlangsamen zwar den Stromanstieg, speichern aber auch Energie)
und der Überspannungs-Schutzbeschaltung. Sonst zerschießt man sich
seinen T evtl. doch noch: Durch einen Spannungs-Überschwinger.

Auch was sie diesbezüglich vertragen, untersch. sich IGBT & FET.]

von Dirk F. (dirkf)


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Hallo Alfred,
danke für die Erklärungen !

Also ich werde mich versuchsweise mit jeweils 10 Stück MOSFET und IGBT 
zum opfern an die perfekte Ansteuerung herantasten.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Die Ursache fuer das unguenstige Zeitfenster beim IGBT ist, dass vom 
Mosfet im Sperrzustand der Kanal hochohmig wird. Die internen 
Querstroeme (Ladungstraeger) koennen dann den parisitaeren Thyristor 
zuenden.

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