Ein Beitrag zur Anwendung rückwärtsleitfähiger IGBT in der Antriebs- und Energietechnik

Rückwärts leitfähige IGBT bieten durch die Integration von IGBT und Diode in einem Chip den Vorteil, dass neben einer Erhöhung der Leistungsdichte auch die Lastwechselbeanspruchung gegenüber konventionellen IGBT/Dioden Modulen reduziert wird.

Insbesondere bei geringen Grundfrequenzen kühlen sich im konventionellen Modul die Chips in den Phasen, in denen sie keinen Strom führen, stark ab. Rückwärts leitfähige IGBT können in beiden Richtungen Strom führen und sind somit in beiden grundfrequenten Stromhalbwellen aktiv. Dies führt zu einer Reduktion des Temperaturhubs eines rückwärtsleitfähigen IGBT gegenüber einem konventionellen IGBT / Dioden Modul, auch wenn die maximale Sperrschichttemperatur die gleiche ist.

Ein starres Flächenverhältnis von IGBT und Diode führt bei einem Verlustleistungsverhältnis, welches nicht dem Verhältnis der Chipflächen entspricht, zu einer Begrenzung der Ausgangsleistung durch entweder den IGBT oder die Diode. Somit bietet ein rückwärtsleitfähiger IGBT den größten Vorteil in Applikationen mit geringen Grundfrequenzen und einem Verlustleistungsverhältnis, welches stark von dem Verhältnis der Chipflächen abweicht.

In dieser Arbeit wird das Verhalten eines rückwärtsleitfähigen IGBT in stationären Arbeitspunkten sowohl durch Berechnungen als auch durch Messungen analysiert sowie in einer Traktionsanwendung und zwei Windenergieanwendungen mit Hilfe von Simulationen untersucht.