Verhalten von 600 V IGBT-Modulen 2. und 3. Generation bei Stoßbelastungen

Leistungshalbleiter sind heutzutage in einer Vielzahl energietechnischer Anwendungen anzutreffen. Den Einzug in die Energietechnik haben schaltbare Leistungshalbleiter in Frequenzumrichtern begonnen, die Maschinensätze zur Drehzahlregelung von Antrieben ersetzen. Durch den Ausbau regenerativer Energien steigt die Zahl leistungselektronischer Systeme in der Energietechnik stetig. Der Einsatz modernster Halbleiterschalter in HGÜ-Anlagen erlaubt die Regelung des Leistungsflusses und kann somit aktiv zur Netzstabilität beitragen. In solch ausgedehnten und leistungsstarken Anwendungen, wie der Energieübertragung, werden Bauteile durch das Auftreten sporadischer Stoßbelastungen stark beansprucht. Um Halbleiter vor diesen Extrembelastungen wirkungsvoll schützen zu können, ist es notwendig, das Verhalten gegenüber solchen Ereignissen zu kennen.

In dieser Arbeit wird das Verhalten von 600 V IGBT-Modulen mit NPT-Architektur (2. Generation) und Trench/Feldstop-IGBT-Modulen (3. Generation) gegenüber Blitzstoßspannungen und Stoßströmen untersucht. Mit Hilfe einer entwickelten Erkennungs- und Ansteuerelektronik kann eine Überspannung erkannt und der Halbleiter eingeschaltet werden. Dies verhindert einen elektrischen Durchschlag, lässt aber einen entstehenden Stoßstrom durch den IGBT fließen. Ein Vergleich des realen und simulierten Stoßverhaltens von IGBT-Schaltern ergänzt die Untersuchungen. Die Simulation des thermischen Haushaltes, eine der wichtigsten Halbleitergrößen, runden die Betrachtungen zu Stoßbelastungen ab.