Online-Bestimmung der Sperrschichttemperatur von Leistungshalbleiterbauelementen im Umrichterbetrieb

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Tobias Reimann
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 1999 bis 2003
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5182482

Der Schutz von Leistungshalbleiterbauelementen ist ein wichtiges Kriterium bei der technischen Umsetzung und Auslegung von Schaltungstopologien. Die Sperrschichttemperatur ist ein wesentlicher Betriebsparameter neben dem Einhalten von statischen und dynamischen elektrischen Grenzwerten. Aufgrund von thermischer Überlastung kann es zu einer sofortigen Zerstörung durch Überschreitung von Absolutgrenzwerten oder zur drastischen Verringerung der Lebensdauer durch Temperaturwechsel kommen. Beim Betrieb von Umrichtern mit kleinen Ausgangsfrequenzen liegen die maximalen Sperrschichttemperaturen unter Umständen erheblich über den mittleren. Das Forschungsprojekt befaßt sich daher mit der Online-Ermittlung der zeitlich veränderlichen Chiptemperatur von Leistungshalbleitern im Umrichterbetrieb. Schwerpunkt des Forschungsvorhabens ist die Realisierung von elektrothermischen Modellen im Mikrocontroller. Im Mittelpunkt steht dabei die Untersuchung der Grenzen und der Genauigkeit der Modelle für verschiedene Puls- und Ausgangsfrequenzbereiche in I- und U-Umrichtertopologien. Die im Controller berechneten Sperrschichttemperaturverläufe im Grundschwingungsfrequenzbereich sollen durch parallel ablaufende berührungslose Temperaturmessung mit Spezialkameras verifiziert werden. Die Umrichterleistung kann dabei in Abhängigkeit einer maximal zulässigen Sperrschichttemperatur bzw. -differenz geregelt werden. Neben der Analyse von Temperaturschutzkonzepten werden notwendige Parameter zur Umsetzung aus Anwendersicht erarbeitet sowie die notwendigen Hard- und Softwaressourcen zum Erreichen einer definierten Umrichterperformance ermittelt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1038: Halbleiterbauelemente hoher Leistung
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Jürgen Petzoldt