Untersuchungen zu einer störsicheren Schnittstelle für Ansteuerschaltungen
Diplomarbeit
Bearbeitungsstatus:
abgeschlossen
Bearbeiter:
Stefan Murmann
Betreuer:
- Schmenger, Jens (FHG-IISB, Tel. 09131 / 761-283, E-Mail: jens.schmenger@iisb.fraunhofer.de@iisb.fraunhofer.de)
- Prof. Dr. rer. nat. Lothar Frey
Abschlussjahr:
2012
Beschreibung
Zusammenfassung
Kurzfassung In dieser Arbeit werden Untersuchungen zur Schnittstelle zwischen Mikrocontroller und Leistungs-halbleiter vorgestellt. Es wird zum einen ein Verfahren zur Übertragung der Schaltinformation mittels eines differenziellen Signales diskutiert und validiert, sowie eine Ansteuerschaltung für strom- und spannungsgesteuerte Leistungsbauelemente aufgezeigt. Hierfür werden drei Transistoren aus Silizi-umkarbid herangezogen, welche exemplarisch für diese beiden Methoden der Ansteuerung stehen. Im Detail handelt es sich um einen spannungsgesteuerten MOSFET, einen ebenfalls spannungsge-steuerten selbstsperrenden JFET und einen stromgesteuerten Bipolartransistor. Durch theoretische Betrachtungen und eigens entwickelte Simulationen werden die zur Nutzung der spezifischen Vorteile der Leistungsschalter benötigten Eingangsparameter ermittelt. Zudem wird auf die Möglichkeit der Parallelschaltung der Transistoren eingegangen. Aus den gewonnenen Erkenntnissen können die Treiberanforderungen abgeleitet werden.
Um diese Vorgaben an die Ansteuerschaltung bestmöglich erfüllen zu können, werden mehrere Treiberdesigns diskutiert und evaluiert. Es wird ein bereits verfügbarer Treiber des Herstellers SemiSouth für stromgesteuerte Bauelemente ausgewählt, welcher jedoch Anpassungen an die Applikation dieser Arbeit benötigt. Der MOSFET Treiber wird auf Basis eines gegenwärtigen Treibers aufgebaut und den erhöhten Anforderungen eines SiC Bauelements angepasst. Beide Treiber sind für die Ansteue-rung von Brückenstrukturen entworfen, weswegen ihre Leistungsversorgung und ihre Signalübertragung galvanisch getrennt ausgeführt werden. In weiteren Schritten wird die Volumenreduzierung und die thermische Belastung der Treiber erläutert.
Die Untersuchung der Schaltvorgänge der vorliegenden Transistoren findet unter Variation der Treiberkonfigurationen in Doppelpulstests statt. Somit kann eine Verbindung zwischen Aufwand und Leistung der Ansteuerung und den Schaltzeiten bzw. den somit im Leistungsschalter entstandenen Verlusten hergestellt werden. Die Ergebnisse werden bauelementübergreifend verglichen und die Vor- und Nachteile der verschiedenen Konfigurationen hervorgehoben.
Abschließend werden die vorliegenden Treiber nach deren Anfälligkeit gegenüber Gleichtaktstörungen untersucht und normgerecht bewertet. Zudem wird die Störanfälligkeit des Treibers an dessen Logikeingängen durch eine hierfür entworfene differentielle Signalübertragung minimiert, was bei steigender Verbindungslänge an Wichtigkeit gewinnt.