Erfassung von hochdynamischen Kommutierungsströmen in der Leistungselektronik

Dieses Werk liefert einen Beitrag zur Messung der Kommutierungsströme in schnellschaltender Leistungselektronik.
In der vorliegenden Arbeit werden die Anforderungen an die Messung der Kommutierungsströme vorgestellt und dabei wird ein Zusammenhang zwischen Bandbreite und Anstiegs- bzw. Abfallzeit eines Stromimpulses durch einen Leistungstransistor abgeleitet. Der Stand der Technik wird vorgestellt und mit den konkreten Anforderungen an eine Messung des Kommutierungsstromes anhand einer beispielhaften Anwendung verglichen. Dabei wird festgestellt, dass kein Stand-der-Technik-Stromsensor die Anforderungen an eine Kommutierungsstrommessung in Bezug auf Bandbreite und Einfüge-Induktivität ausreichend abdeckt.
Anschließend wird ein skalierbares Konzept zur Lösung des Problems der Messung der Kommutierungsströme vorgestellt. Die Idee ist, den zu messenden Strom durch eine koaxiale Kammer zu führen, um die Einfüge-Induktivität möglichst gering zu halten. Um eine breitbandige Stromerfassung zu ermöglichen, soll das Magnetfeld innerhalb der koaxialen Kammer von zwei Sensoren erfasst werden, die nach unterschiedlichen Prinzipien arbeiten. Die niederfrequenten Anteile des Stromes sollen über Magnetfeldsensoren, in dieser Arbeit mittels tunnelmagnetoresistiver Sensoren, erfasst werden. Die höherfrequenten Anteile sollen mit einer Rogowski-Spule erfasst und mit der niederfre-quenten Stromerfassung verkoppelt werden.
Das Konzept zur Strommessung wird für einen beispielhaft gewählten Galliumnitrid-Transistor ausgelegt und ein Prototyp mit den benötigten Anforderungen realisiert.