Hochisolierte DC/DC-Wandler Einfluss der DC/DC-Wandler auf die Zuverlässigkeit von IGBT-Treibern

Autor / Redakteur: Bianca Aichinger * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Treiber schnell schaltender IGBTs in beispielsweise Wechselrichtern oder Motoransteuerungen werden von DC/DC-Wandlern versorgt. Sogenannte IGBT-Wandler sind auf die Treiber optimiert.

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Hochisolierte DC/DC-Wandler in IGBT-Schaltungen: da sie für die Zuverlässigkeit des gesamten Systems eine wichtige Rolle spielen, sollten sie sorgfältig ausgewählt werden
Hochisolierte DC/DC-Wandler in IGBT-Schaltungen: da sie für die Zuverlässigkeit des gesamten Systems eine wichtige Rolle spielen, sollten sie sorgfältig ausgewählt werden
(Bild: RECOM)

IGBTs sind Schlüsselkomponenten in der Leistungselektronik und werden bevorzugt als schnelle Schalter eingesetzt, beispielsweise in Wechselrichtern für die Photovoltaik oder in Ansteuerungen wie Frequenzumrichter für elektrische Antriebe. Versorgt werden deren Treiber durch kleine, hocheffiziente DC/DC-Wandler, die für die Zuverlässigkeit des gesamten Systems eine wichtige Rolle spielen.

Daher ist bei der Auswahl der richtigen Wandler ausreichende Sorgfalt Pflicht. IGBTs können hohe Leistungen nahezu stromlos schalten, etwa in modernen Frequenzumrichtern. Diese sind in Zeiten steigender Strompreise ein effektives Mittel Anlagen in Produktionsstätten so effizient als möglich zu betreiben.

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Die primäre Aufgabe eines Frequenzumrichters ist die Regelung der Drehzahl eines Drehstrom-Asynchronmotors. Die Frequenz des speisenden Netzes steht in direktem Zusammenhang mit der Drehzahl, sodass sich durch Variieren der Frequenz die Drehzahl des Motors regeln lässt.

Ein Frequenzumrichter besteht im Prinzip aus drei Teilen: dem Gleichrichter, dem Zwischenkreis und dem Wechselrichter (Bild 1). Im Netzgleichrichter wird die Wechselspannung mittels einer ungesteuerten dreiphasigen Brückenschaltung in eine pulsierende Gleichspannung umgewandelt. Diese wird im Zwischenkreiskondensator geglättet und anschließend im Wechselrichter sowohl die Ausgangsspannung und die Ausgangsfrequenz angepasst.

Galvanische Trennung durch die DC/DC-Wandler

Die Hauptkomponenten im Wechselrichter bilden sechs IGBTs, die paarweise auf drei Zweigen angeordnet sind. Diese leiten und sperren die gleichgerichtete Zwischenkreisspannung je nach Ansteuerung mittels PWM (Pulsbreiten-Modulation).

Zur Ansteuerung der IGBTs sind IGBT-Treiber nötig. Diese sind Teil des Leistungskreises und „floaten“ mit den entsprechenden Spannungspotenzialen. Daher ist eine galvanische Trennung zwingend erforderlich. Beim Steuersignal erfolgt die Potenzialtrennung über Optokoppler, bei der Versorgung übernehmen diese Aufgabe üblicherweise zwei hochisolierte DC/DC-Wandler.

IGBTs sind eine Mischung aus MOSFET am Eingang und bipolaren Transistor am Ausgang. Sie lassen sich nahezu stromlos steuern und haben im durchgeschalteten Zustand einen sehr niedrigen Spannungsabfall auf der Kollektor/Emitter-Strecke.

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