Rückwärts leitfähiger IGBT mit nahezu Gate-Emitter-Spannung unabhängiger Diodencharakteristik

In Spannungszwischenkreis-Umrichtern kommen IGBT und antiparallele Freilaufdioden als elektronische Schalter zum Einsatz. Der zulässige Ausgangsstrom des Umrichters ist durch die Sperrschichttemperatur der Leistungshalbleiter begrenzt. Die thermische Belastung der IGBT und Dioden ist stark betriebspunktabhängig. In Leistungshalbleiter-Modulen sind IGBT und Dioden üblicherweise in einem Flächenverhältnis von zwei zu eins installiert. Im Wechselrichterbetrieb sind die IGBT thermisch stärker belastet und begrenzen den zulässigen Ausgangsstrom, im Gleichrichterbetrieb meist die Dioden. Im Wechselrichterbetrieb wird daher nur zwei Drittel der Gesamtchipfläche thermisch ausgenutzt, im Gleichrichterbetrieb lediglich ein Drittel.

Rückwärts leitfähige IGBT (RC-IGBT) vereinen die Funktionalität von IGBT und Diode in einem Chip. Unabhängig vom Betriebspunkt kann so die gesamte im Modul installierteChipfläche thermisch voll ausgenutzt werden.

Bisherige RC-IGBT haben den Nachteil, dass ihre Diodencharakteristik stark von der Gate-Emitter-Spannung abhängig ist. Dies erfordert eine Ansteuerung des RCIGBT in Abhängigkeit von der Polarität des Laststroms. Dieser Nachteil ist ein wesentlicher Grund, warum sich rückwärts leitfähige IGBT in hart schaltenden Spannungszwischenkreis-Umrichtern bislang nicht durchsetzen konnten.

In dieser Arbeit wird ein neuartiger rückwärts leitfähiger IGBT vorgestellt, dessen Diodencharakteristik nur noch so schwach von der Gate-Emitter-Spannung abhängig ist, dass eine Ansteuerung mit einem konventionellen IGBT-Treiber erfolgen kann. MittelsBauelementsimulationen wird das Durchlass- und Schaltverhalten dieses RC-GID-IGBTanalysiert und seine Robustheit unter extremen Schaltbelastungen abgeschätzt.