Ansteuerung von Hochvolt-IGBTs über optimierte Gatestromprofile

Im Bereich hoher Schaltleistungen hangen die im IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) anfallenden Verluste hauptsachlich von den Schaltverlusten ab. Um den Halbleiter moglichst gut auszunutzen und die Gesamtverluste so gering wie moglich zu halten, versucht man die Schaltverluste zu minimieren. Dies wird im Wesentlichen durch eine Erhohung der Schaltgeschwindigkeit erreicht. Infolgedessen stellen sich jedoch Sekundareffekte wie z.B. Wanderwellen auf der Motorzuleitung und Uberspannungen an den Maschinenklemmen ein, die zu einer erhohten Belastung des Systems fuhren. Der Anwender ist somit gezwungen einen Kompromiss einzugehen. Wahrend im konventionellen Fall das Schaltverhalten des IGBTs uber einen Gatewiderstand eingestellt wird, wird in dieser Arbeit die Ansteuerung uber einen optimierten Gatestromverlauf untersucht. Dabei wird der Steuerstrom auf den dynamischen Zustand des IGBTs angepasst, mit dem Ziel in jedem Betriebspunkt die maximal zulassigen Strom- und Spannungsgradienten auszunutzen und dadurch eine Minimierung der Schaltverluste zu erreichen. In den praktischen Untersuchungen an der neuen Generation der 6,5 kV-IGBTs konnten bei vergleichbaren Randbedingungen durch die Verwendung von optimierten Gatestromprofilen die Einschaltverluste bis zu 30% und die Ausschaltverluste um etwa 20% reduziert werden. Bei gleichen Kuhlbedingungen konnen die eingesparten Verluste dazu genutzt werden, um die Umrichterausgangsleistung oder Schaltfrequenz zu erhohen. Dadurch konnen entweder die dynamischen Eigenschaften des Stromrichter-Maschine-Systems oder der Systemwirkungsgrad verbessert werden.