DE10206392A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Optimierung des Abschaltvorgangs eines nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Optimierung des Abschaltvorgangs eines nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters

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Abstract

Die Erfindung besteht im Wesentlichen darin, im Gegensatz zur allgemein üblichen Ansteuerung eines IGBT mit zwei Spannungen, z. B. +- 15 V, den IGBT zweistufig abzuschalten. Bei einem Abschaltbefehl senkt die Ansteuerung die Gate-Emitter-Ansteuerspannung von U1 zunächst auf ein Zwischenniveau von z. B. U2 = 12 V ab. Damit steigt die Durchlassspannung des IGBT leicht an. Diese Spannung U2 wird für eine gewisse Zeit (z. B 10 mus) beibehalten, bis sich die Ladungsträgerkonzentration im IGBT auf den zur kleineren Gate-Spannung gehörigen Wert abgesenkt hat. Danach erfolgt das Abschalten mit der üblichen negativen Gate-Spannung von z. B. U3 = 15 V. Durch die Erfindung kann so eine geringe Durchlassspannung mit einer hohen Abschaltfähigkeit des Bauelements kombiniert werden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Optimierung des Abschaltvorgangs eines nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters in einem Stromrichter und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Als nichteinrastende Leistungs-Halbleiterschalter werden Halbleiter-Bauelemente bezeichnet, bei denen ständig am Steuereingang ein Steuersignal anstehen muss, damit sie im leitenden Zustand bleiben. Zu den nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschaltern werden der bipolare Leistungstransistor (LTR) und die feldgesteuerten, abschaltbaren Halbleiter-Bauelemente gezählt. Zu den feldgesteuerten, abschaltbaren Halbleiter-Bauelementen zählen beispielsweise der selbstsperrende Feldeffekttransistor (MOS-FET), der Insulated-Gate-Bipolar-Transistor (IGBT), der feldgesteuerte Thyristor, auch als MOS Controlled Thyristor (MCT) bezeichnet.
  • Bei Leistungs-Halbleiterschaltern mit MOS-Steuereingang geht die Entwicklung immer mehr in Richtung hoher Stromtragfähigkeit der Module. Zur Zeit sind Hochstrommodule erhältlich, die bei einer Sperrfähigkeit von 1700 V einen Drain-Sourcestrom von 2400 A führen können. Mit dem Anstieg der Stromtragfähigkeit steigt auch der Wert der Stromänderungsgeschwindigkeit (di/dt), insbesondere beim Abschalten des Moduls, erheblich an. Da solche Module häufig bei Stromrichtern bzw. Frequenzumrichtern zum Einsatz gelangen und jeweils mit einer Ansteuereinrichtung und einem Zwischenkreis elektrisch leitend verbunden sind, verursachen bei Schaltvorgängen Induktivitäten im Leistungsteil von Stromrichtern meist energiereiche Überspannungen an den IGBT-Modulen.
  • Bei IGBTs ist außerdem die Durchlassspannung, also die Spannung über der Kollektor-Emitter-Strecke, abhängig von der angelegten Gate-Emitter-Spannung. Gleichzeitig ist das Abschaltvermögen abhängig von der im Ein-Zustand des IGBT verwendeten Gate-Emitter-Spannung. Es besteht dabei das Ziel, die Durchlassspannung zu minimieren, was eine möglichst hohe Gate-Emitter-Spannung erfordert.
  • Um beim Einsatz von nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungs-Halbleitern in Stromrichtern kleine Schaltverluste zu erreichen, müssen aber auch die Schaltzeiten möglichst klein sein. Dem sind aber durch konstruktiv bedingte Streuinduktivitäten und den damit beim Abschalten bedingten Überspannungen Grenzen gesetzt. Durch die Bauelementeigenschaften sind beim Abschaltvorgang eines derartigen Leistungs-Halbleiterschalters Spannungsanstiegs- und Stromfallzeit miteinander verkoppelt.
  • Zum anderen hat ein IGBT ein höheres Abschaltvermögen, wenn er vor dem eigentlichen Abschaltvorgang mit einer möglichst geringen Gate-Emitter-Spannung angesteuert wurde.
  • Es besteht somit ein Zielkonflikt zwischen einer möglichst niedrigen Durchlassspannung und einer möglichst kurzen Abschaltzeit. In diesem Konflikt kann man bisher nur eines der beiden Kriterien auf Kosten des anderen optimieren.
  • Bisher sind lediglich verschiedene Verfahren zur Optimierung der Abschaltzeit bekannt.
  • Im Aufsatz "Optimization of the Turn-Off Performance of IGBT at Overcurrent and Short-Circuit Current", von H.-G. Eckel und L. Sack, abgedruckt im Konferenzband "EPE'93, Vol. 2, 13.-16. September 1993, Seiten 317 bis 322, werden zwei Abschaltstrategien für einen IGBT in einem hartschaltenden Stromrichter vorgestellt. Bei beiden Strategien werden zwei Gate-Entladewiderstände verwendet.
  • Bei der ersten Abschaltstrategie wird die Absenkung der Gate- Emitterspannung zunächst mit dem niedrigen Gate-Entladewiderstand begonnen und die Kollektor-Emitterspannung wird auf Überschreitung einer Referenzspannung von etwa 10 V überwacht. Ist die Kollektor-Emitterspannung größer/gleich der Referenzspannung wird nach Ablauf einer vorgebbaren Verzögerungszeit die Gate-Emitterspannung mit dem hohen Gate-Entladewiderstand abgesenkt, bis der Leistungs-Halbleiterschalter gesperrt ist. Diese zweistufige Gatesteuerung verlangt die genaue Kenntnis über das dynamische Verhalten des IGBTs. Falls dies nicht bekannt ist, so soll der erste Gate-Entladewiderstand so klein wie möglich, die Verzögerungszeit größer als die Anstiegsgeschwindigkeit der Kollektor-Emitterspannung und der zweite Gate-Entladewiderstand so groß wie möglich gewählt werden.
  • Bei der zweiten vorgestellten Abschaltstrategie wird die Gate-Emitterspannung mit einem charakteristischen Gate-Entladewiderstand abgesenkt, bis das Miller-Plateau der Gate- Emitterspannung erreicht ist. Während die Gate-Emitterspannung gleich dem Miller-Plateau ist, steigt die Kollektor- Emitterspannung an. Sobald die Kollektor-Emitterspannung einen Referenzwert, beispielsweise 10 V, übersteigt, wird die Gate-Emitterspannung mit einem Referenzwert verglichen. Bei niedrigem Kollektorstrom ist das Miller-Plateau niedrig, so dass der erste Gate-Entladewiderstand, während des gesamten Abschaltvorganges benutzt wird. Bei höherem Kollektorstrom ist das Miller-Plateau der Gate-Emitterspannung hoch. In diesem Fall wird nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit der erste Gate-Entladewiderstand abgeschaltet und ein großer Gate-Entladewiderstand eingeschaltet. Bei der Anwendung dieser zweiten Abschaltstrategie wird die genaue Kenntnis über das Miller-Plateau gebraucht, damit diese Strategie umgesetzt werden kann.
  • Der wesentliche Nachteil bei den beiden vorgestellten Abschaltstrategien ist der, dass man die genaue Beziehung zwischen Miller-Plateau und Kollektorstrom kennen muss. Dies kann von IGBT zu IGBT verschieden sein und auch die Verzögerungszeit muss an den jeweiligen IGBT-Typen angepasst werden, da eine zu kurze Verzögerungszeit zu unnötig höheren Verlusten führt und eine zu lange Verzögerungszeit einen zu späten Eingriff bedeutet und die Erhöhung des Widerstandswertes des Gate-Entladewiderstandes somit keine Wirkung mehr zeigen kann.
  • Die deutsche Offenlegungsschrift DE 196 34 612 A1 beschreibt ein Verfahren, mit dem auf den Spannungsgradienten und den Stromgradienten des Abschaltvorganges eines nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters getrennt Einfluss genommen werden kann. Dazu werden unterschiedliche Entladeströme verwendet, die in Abhängigkeit des Zustandes der Kollektor-Emitterspannung des Leistungs-Halbleiterschalters ausgewählt werden. Zu Beginn des Abschaltvorgangs wird ein maximaler Entladestrom so eingestellt, dass sich die maximal zulässige Spannungsänderungsgeschwindigkeit des Leistungs-Halbleiterschalters einstellen kann. Sobald die Kollektor-Emitterspannung einen vorbestimmten Referenzspannungswert erreicht hat, wird der Entladestrom auf einen niedrigeren Wert vermindert. Die Höhe dieses verminderten Entladestromes hängt vom Wert der Überspannung ab, der maximal auftreten darf. Der Referenzspannungswert ist gleich dem Spannungswert, bei dem der Kollektorstrom beginnt, zu kommutieren. Das heißt, bei einem Stromrichter ist der Wert der Referenzspannung gleich dem Wert der Zwischenkreisspannung.
  • Auf diese Weise können Spannungsanstiegs- und Stromfallzeit eines IGBT getrennt voneinander beeinflusst werden und kann somit eine optimierte Abschaltzeit erreicht werden. Hinsichtlich der Durchlassspannung der Kollektor-Emitter-Strecke wird jedoch keine Verbesserung erzielt.
  • Man muss sich auch bei den vorstehend beschriebenen Lösungsansätzen in dem Zielkonflikt auf eines der beiden Kriterien einigen und damit schlechteres Abschalten oder Durchlass akzeptieren.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem sowohl das Abschaltvermögen, als auch die Durchlassspannung optimiert werden und der eingangs geschilderte Zielkonflikt vermieden wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Optimierung des Abschaltvorgangs eines nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT), wobei mit Eintreffen eines Ausschaltsignals die Gate- Emitterspannung dieses Leistungs-Halbleiterschalters zweistufig abgesenkt wird, indem
    • - die Gate-Emitterspannung zunächst in einem ersten Schritt auf eine Höhe abgesenkt wird, die eine um einen vorgegebenen Wert erhöhte Durchlassspannung der Kollektor- Emitter-Strecke des Leistungs-Halbleiterschalters bewirkt, ehe
    • - die Gate-Emitterspannung in einem zweiten Schritt auf einen endgültigen Abschaltwert abgesenkt wird.
  • Vorzugsweise ist dabei der endgültige Abschaltwert der Gate- Emitterspannung ein negativer Spannungswert.
  • Weiter hat es sich als günstig erwiesen, wenn der erste abgesenkte Wert der Gate-Emitterspannung solange beibehalten wird, bis sich eine Ladungsträgerkonzentration im Leistungs- Halbleiterschalter auf den zu dieser abgesenkten Gate- Emitterspannung gehörigen Wert abgesenkt hat.
  • Eine besonders einfache Realisierung erhält man, wenn eine erste Absenkung der Gate-Emitterspannung um einen fest vorgegeben Wert erfolgt.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Kollektor-Emitter- Spannung des Leistungs-Halbleiterschalters erfasst und es erfolgt eine geregelte erste Absenkung der Gate-Emitterspannung solange, bis die Durchlassspannung der Kollektor-Emitter- Strecke des Leistungs-Halbleiterschalters den vorgegebenen Wert annimmt.
  • Nach einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kollektorstrom des Leistungs-Halbleiterschalters erfasst und eine erste Absenkung der Gate-Emitterspannung (UGE) erfolgt nur, wenn der momentane Kollektorstrom bei Eintreffen eines Ausschaltsignals einen vorgegebenen Wert überschreitet.
  • In vielen Fällen ist es vorteilhaft, wenn die Spannungsabfallzeit beim Abschalten kapazitiv begrenzt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Optimierung des Abschaltvorgangs eines nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungs- Halbleiterschalters eignet sich sowohl zum Einsatz in hartschaltenden, als auch in entlastet schaltenden Stromrichtern.
  • Ferner wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst mit einer Ansteuereinrichtung, deren Signal-Ausgang mit einem Gate-Anschluss und deren Bezugs-Ausgang mit einem Emitter- Anschluss eines nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungs- Halbleiterschalters verbunden sind. Dabei steht am Eingang der Ansteuereinrichtung ein Steuersignal an, wobei eine Einrichtung zur Zustandserfassung der Kollektor-Emitterspannung eingangsseitig mit einem Kollektor-Anschluss des Leistungs- Halbleiterschalters und ausgangsseitig mit der Ansteuerschaltung verbunden ist. Diese umfasst eine Einrichtung zur Generierung von einer Gate-Emitterspannung zum Einschalten des Leistungs-Halbleiterschalters sowie einer ersten abgesenkten Gate-Emitterspannung in Abhängigkeit von der erfassten Kollektor-Emitterspannung und einer zweiten weiter abgesenkten Gate-Emitterspannung zum Abschalten des Leistungs-Halbleiterschalters, wobei der Ausgang der Einrichtung mit, dem Gate- Anschluss des Leistungs-Halbleiterschalters und dessen Eingänge mit dem Signal-Ausgang der Einrichtung zur Zustandserfassung der Kollektor-Emitterspannung und mit dem Steuersignal der Ansteuereinrichtung verknüpft sind.
  • Eine alternative Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine Ansteuereinrichtung, deren Signal-Ausgang mit einem Gate-Anschluss und deren Bezugs-Ausgang mit einem Emitter-Anschluss eines nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters verbunden sind. Dabei steht am Eingang der Ansteuereinrichtung ein Steuersignal an, wobei eine Einrichtung zur Zustandserfassung des Kollektorstroms eingangsseitig mit einem Kollektor- Anschluss des Leistungs-Halbleiterschalters oder einem Stromsensor und ausgangsseitig mit der Ansteuerschaltung verbunden ist. Diese umfasst eine Einrichtung zur Generierung von einer Gate-Emitterspannung zum Einschalten des Leistungs- Halbleiterschalters sowie einer ersten abgesenkten Gate- Emitterspannung in Abhängigkeit von dem erfassten Kollektorstrom und einer zweiten weiter abgesenkten Gate-Emitterspannung zum Abschalten des Leistungs-Halbleiterschalters, wobei der Ausgang der Einrichtung mit dem Gate-Anschluss des Leistungs-Halbleiterschalters und dessen Eingänge mit dem Signal-Ausgang der Einrichtung zur Zustandserfassung des Kollektorstroms und mit dem Steuersignal der Ansteuereinrichtung verknüpft sind.
  • Dabei ist es häufig vorteilhaft, wenn die Kollektor-Emitter- Strecke des Leistungs-Halbleiterschalters mit einer Freilaufdiode überbrückt ist, der eine Serienschaltung aus einer antiparallelen Diode und einer Kapazität parallel geschaltet ist.
  • Eine Mehrzahl von nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungs- Halbleiterschaltern, die jeweils eine solche Vorrichtung nach der Erfindung zur Ansteuerung aufweisen, können besonders vorteilhaft in einem hartschaltenden Stromrichter eingesetzt werden.
  • Die Erfindung behebt somit den Konflikt durch eine zweistufige Ansteuerung des IGBT. Dadurch kann man geringe Durchlassverluste mit hohem Abschaltvermögen kombinieren.
  • Weitere Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich anhand der im Folgenden beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispiele und in Verbindung mit den Figuren. Es zeigen jeweils in Prinzipdarstellung:
  • Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ansteuerschaltung für einen gategesteuerten Leistungshalbleiter (IGBT),
  • Fig. 2 ein Zeitdiagramm eines herkömmlichen Verlaufs der Ansteuerspannung bei einem Abschaltvorgang mit dem zugehörigen Abschaltsignal,
  • Fig. 3 ein Zeitdiagramm eines erfindungsgemäßen Verlaufs der Ansteuerspannung mit Absenken der Ansteuerspannung auf ein Zwischenniveau bei einem Abschaltvorgang mit dem zugehörigen Abschaltsignal,
  • Fig. 4 ein Blockschaltbild einer ersten erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung mit Strommessung des Kollektorsstroms,
  • Fig. 5 ein Blockschaltbild einer zweiten erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung mit Spannungsmessung der Kollektor- Emitter-Spannung und
  • Fig. 6 eine typische Anordnung zweier IGBTs mit Beschaltungsnetzwerk.
  • Die Darstellung gemäß Fig. 1 zeigt das Grundprinzip einer Ansteuerschaltung für einen gategesteuerten Leistungshalbleiter IGBT anhand eines Blockschaltbilds. Der IGBT mit Kolektor C und Emitter E wird über dessen Gate G gesteuert, welches über einen Gate-Widerstand RG mit dem Signal-Ausgang 1 einer Ansteuerschaltung A verbunden ist. Der Emitter E ist mit einem Bezugs-Ausgang 2 der Ansteuerschaltung A verbunden. Die Ansteuerschaltung A selbst wird mit einem Abschaltsignal SAUS beaufschlagt, das die erfindungsgemäße Ansteuerung des Gates G triggert.
  • Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, im Gegensatz zur allgemein üblichen Ansteuerung eines IGBT mit zwei Spannungen, z. B. +/-15 V, den IGBT zweistufig abzuschalten.
  • Um dies besser zu verdeutlichen, wird zunächst in Fig. 2 ein Zeitdiagramm eines herkömmlichen Verlaufs der Ansteuerspannung bei einem Abschaltvorgang mit dem zugehörigen Abschaltsignal gezeigt. Oben ist der Verlauf der Ansteuerspannung UGE über die Zeit t gezeigt, darunter der Verlauf des Abschaltsignals SAUS. Ein Abschaltbefehl besteht im gezeigten Fall darin, dass SAUS von "1" auf Nullpegel "0" wechselt. Damit verbunden geht die Ansteuerspannung UGE von U-Durchlass U1 direkt auf U-Abschalten U3. Dabei geht die Spannung von einem hohen Wert direkt auf den niedrigen Wert.
  • Das heißt im Durchlassbetrieb wird der IGBT z. B. mit einer Spannung von U1 = 15 V versorgt. Bei einem Abschaltbefehl SAUS von einer übergeordneten Steuerung (nicht gezeigt) senkt die Ansteuerung A die Gate-Emitter-Ansteuerspannung auf z. B. U3 = -15 V ab.
  • Die Fig. 3 zeigt nun ein vergleichbares Zeitdiagramm eines erfindungsgemäßen Verlaufs der Ansteuerspannung mit Absenken der Ansteuerspannung auf ein Zwischenniveau bei einem Abschaltvorgang mit dem zugehörigen Abschaltsignal. Bei einem Abschaltbefehl SAUS von einer übergeordneten Steuerung senkt die Ansteuerung A die Gate-Emitter-Ansteuerspannung von U1 zunächst auf ein Zwischenniveau von z. B. U2 = 12 V ab. Damit steigt der Durchlass leicht an.
  • Diese Spannung U2 wird für eine gewisse Zeit (z. B. 10 µs) beibehalten, bis sich die Ladungsträgerkonzentration im IGBT auf den zur kleineren Gate-Spannung gehörigen Wert abgesenkt hat. Danach erfolgt das Abschalten mit der üblichen negativen Gate-Spannung von z. B. U3 = -15 V. Durch die Erfindung kann so eine geringe Durchlassspannung mit einer hohen Abschaltfähigkeit des Bauelements kombiniert werden.
  • Der Grundidee der Erfindung besteht somit in der zweistufigen Abschaltung eines gategesteuerten Bauelements, wobei die Gate-Spannung auf eine Höhe abgesenkt wird, die eine leicht erhöhte Durchlassspannung hervorruft.
  • Eine weitere Ausführungsform besteht darin, diese Spannungsabsenkung nur bei hohen Abschaltströmen durchzuführen. Eine solche vorteilhafte Anordnung ist in Fig. 4 gezeigt. Diese baut im wesentlichen auf der in Fig. 1 gezeigten Darstellung auf, wobei nun zusätzlich eine Einrichtung 3 zur Erfassung des Kollektorstroms 10 vorgesehen ist, die den erfassten Stromistwert über einen weiteren Eingang an die Ansteuerschaltung A liefert. Die Ansteuerschaltung umfasst nun eine weitere Einrichtung 4, die eingangsseitig mit dem Abschaltsignal SAUS zum einen und dem erfassten Kollektorstrom 10 beaufschlagt wird. In Abhängigkeit des erfassten Kollektorstroms 10 erfolgt über die Einrichtung 4 eine stromabhängige Absenkung der Gate-Ansteuerspannung UGE über den Signal- Ausgang 1 der Ansteuerschaltung A wie in Fig. 2 dargestellt.
  • Alternativ kann statt einer festen Spannungsabsenkung auch eine geregelte Spannungsabsenkung verwendet werden. D. h. die Ansteuerspannung wird auf einen Wert abgesenkt, so dass die Kollektor-Emitter-Spannung einen vorgegebenen Wert annimmt, z. B. 10 V, und von diesem Wert dann abgeschaltet wird.
  • Die in Fig. 5 gezeigte Anordnung beinhaltet eine Ansteuerschaltung mit Spannungsmessung 3'. Anstelle des Kollektorstroms (vgl. Fig. 4) wird nunmehr direkt die Kollektor- Emitter-Spannung UCE erfasst und an die Einrichtung 4 geliefert. Die Einrichtung 4 regelt nun die Gate-Emitter-Spannung UGE so, dass UGE solange abgesenkt wird, bis UCE den gewünschten Wert erreicht.
  • Ein weitere Verbesserung erhält man, wenn für den IGBT eine Beschaltung verwendet, die kapazitiv das du/dt beim Abschalten begrenzt. Eine solche typische Anordnung ist in der Fig. 6 gezeigt. Dabei ist eine Schaltstufe mit zwei IGBTs IGBT1 und IGBT2 mit entsprechendem Beschaltungsnetzwerk gezeigt. Der IGBT1 und IGBT2 sind über zwei Induktivitäten LS1 und LS2 verbunden. Die Kollektor-Emitter-Strecke weist jeweils eine Freilaufdiode FD1 bzw. FD2 auf, der jeweils eine Serienschaltung aus einer antiparallelen Diode SD1 bzw. SD2 und einer Kapazität CS1 bzw. CS2 parallel geschaltet ist. Die Kapazitäten sind über einen Widerstand verbunden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Optimierung des Abschaltvorgangs eines nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT), wobei mit Eintreffen eines Ausschaltsignals (SAUS) die Gate-Emitterspannung (UGE) dieses Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT) zweistufig abgesenkt wird, indem
die Gate-Emitterspannung (UGE) zunächst in einem ersten Schritt auf eine Höhe (U2) abgesenkt wird, die eine um einen vorgegebenen Wert erhöhte Durchlassspannung der Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT) bewirkt, ehe
die Gate-Emitterspannung (UGE) in einem zweiten Schritt auf einen endgültigen Abschaltwert (U3) abgesenkt wird.
2. Verfahren zur Optimierung des Abschaltvorgangs eines nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT) nach Anspruch 1, wobei der endgültige Abschaltwert (U3) der Gate-Emitterspannung (UGE) ein negativer Spannungswert ist.
3. Verfahren zur Optimierung des Abschaltvorgangs eines nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste abgesenkte Wert (U2) der Gate-Emitterspannung (UGE) solange beibehalten wird, bis sich eine Ladungsträgerkonzentration im Leistungs-Halbleiterschalter (IGBT) auf den zu dieser abgesenkten Gate-Emitterspannung (UGE) gehörigen Wert abgesenkt hat.
4. Verfahren zur Optimierung des Abschaltvorgangs eines nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine erste Absenkung der Gate-Emitterspannung (UGE) um einen fest vorgegeben Wert (U1 - U2) erfolgt.
5. Verfahren zur Optimierung des Abschaltvorgangs eines nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kollektor-Emitter-Spannung (UCE) des Leistungs- Halbleiterschalters (IGBT) erfasst wird und eine, geregelte erste Absenkung der Gate-Emitterspannung (UGE) solange erfolgt, bis die Durchlassspannung der Kollektor-Emitter- Strecke des Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT) den vorgegebenen Wert annimmt.
6. Verfahren zur Optimierung des Abschaltvorgangs eines nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Kollektorstrom (IC) des Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT) erfasst wird und eine erste Absenkung der Gate- Emitterspannung (UGE) nur erfolgt, wenn der momentane Kollektorstrom bei Eintreffen eines Ausschaltsignals (SAUS) einen vorgegebenen Wert überschreitet.
7. Verfahren zur Optimierung des Abschaltvorgangs eines nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Spannungsabfallzeit beim Abschalten kapazitiv (CS1, CS2) begrenzt wird.
8. Verwendung des Verfahrens zur Optimierung des Abschaltvorgangs eines nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT) nach einem der vorangehenden Ansprüche in einem hartschaltenden Stromrichter.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 5 mit einer Ansteuereinrichtung (A), deren Signal-Ausgang (1) mit einem Gate-Anschluss (G) und deren Bezugs-Ausgang (2) mit einem Emitter-Anschluss (E) eines nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT) verbunden sind, wobei am Eingang der Ansteuereinrichtung (A) ein Steuersignal (SAUS) ansteht, wobei eine Einrichtung (3') zur Zustandserfassung der Kollektor-Emitterspannung (UCE) eingangsseitig mit einem Kollektor-Anschluss (C) des Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT) und ausgangsseitig mit der Ansteuerschaltung (A) verbunden ist, die eine Einrichtung (4) zur Generierung von einer Gate-Emitterspannung (UGE) zum Einschalten (U1) des Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT) sowie einer ersten abgesenkten (U2) Gate-Emitterspannung (UGE) in Abhängigkeit von der erfassten Kollektor-Emitterspannung (UCE) und einer zweiten weiter abgesenkten (U3) Gate-Emitterspannung (UGE) zum Abschalten des Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT) umfasst, wobei der Ausgang der Einrichtung (4) mit dem Gate-Anschluss (G) des Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT) und dessen Eingänge mit dem Signal-Ausgang der Einrichtung (3) zur Zustandserfassung der Kollektor-Emitterspannung (UCE) und mit dem Steuersignal (SAus) der Ansteuereinrichtung (A) verknüpft sind.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 6 mit einer Ansteuereinrichtung (A), deren Signal-Ausgang (1) mit einem Gate-Anschluss (G) und deren Bezugs-Ausgang (2) mit einem Emitter-Anschluss (E) eines nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT) verbunden sind, wobei am Eingang der Ansteuereinrichtung (A) ein Steuersignal (SAus) ansteht, wobei eine Einrichtung (3) zur Zustandserfassung des Kollektorstroms (IC) eingangsseitig mit einem Kollektor-Anschluss (C) des Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT) und ausgangsseitig mit der Ansteuerschaltung (A) verbunden ist, die eine Einrichtung (4) zur Generierung von einer Gate-Emitterspannung (UGE) zum Einschalten (U1) des Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT) sowie einer ersten abgesenkten (U2) Gate-Emitterspannung (UGE) in Abhängigkeit von dem erfassten Kollektorstrom (IC) und einer zweiten weiter abgesenkten (U3) Gate-Emitterspannung (UGE) zum Abschalten des Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT) umfasst, wobei der Ausgang der Einrichtung (4) mit dem Gate-Anschluss (G) des Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT) und dessen Eingänge mit dem Signal-Ausgang der Einrichtung (3) zur Zustandserfassung des Kollektorstroms (IC) und mit dem Steuersignal (SAus) der Ansteuereinrichtung (A) verknüpft sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Kollektor- Emitter-Strecke des Leistungs-Halbleiterschalters (IGBT 1, IGBT 2) mit einer Freilaufdiode (FD1, FD2) überbrückt ist, der eine Serienschaltung aus einer antiparallelen Diode (SD1, SD2) und einer Kapazität (CS1, CS2) parallel geschaltet ist.
12. Hartschaltender Stromrichter mit einer Mehrzahl von nichteinrastenden, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschaltern (IGBT1, IGBT2), die jeweils eine Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10 zur Ansteuerung aufweisen.
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