63. Jahrgang Elektronik 23/2014 23 18. November 2014 8,00 € 13.33 sfr Fachmedium für industrielle Anwender und Entwickler IGBT-Module: Sauberer Spannungsverlauf mit 3-Level-Topologie SPS/IPC/Drives 2014 Distribution VDE-Kongress 2014 Forschung aktuell Leistungselektronik Sensorik Mikrocontroller Spezial Internet der Dinge >> Seite 30 _07JYS_DigiKey_Auto_02_snipe.pdf;S: 1;Format:(76.20 x 76.20 mm);25. Jan 2012 13:49:05 Spezial: Internet der Dinge • ARMs CTO Mike Muller • Intels IoT-Pläne • Wearables mit BLE >> ab Seite 49 Profinet 2.3 in Mikrocontroller implementieren >> Seite 38 Kostenloser Vernetzte Sensoren retten Leben >> Seite 44 Versand Für Bestellungen Über 65 €! DIGIKEY.DE LEISTUNGSELEKTRONIK Raus aus der Nische 3-Level-IGBT-Module gibt es seit über 30 Jahren – allerdings meist in Nischenanwendungen. Seit etwa fünf Jahren ändert sich das. Bei der Wahl der richtigen 3-Level-Topologie gibt es jedoch einiges zu beachten. Von Ingo Staudt N 30 Elektronik 23/2014 schenkreises und zwei antiserielle IGBTs (T2 und T3, wiederum mit antiparallelen Dioden D2 und D3) zwischen Wechselspannungsausgang (AC) und dem Zwischenkreismittelpunkt (N). Mit insgesamt acht Leistungshalbleitern ist es möglich, eine zur NPC-Topologie identische Ausgangskurvenform zu erreichen. Der Aufbau der TNPC-Schaltung erinnert stark an eine 2-LevelHalbbrücke (zwischen Plus und Minus), ergänzt um die antiseriellen IGBTs zwischen N und AC; so erklärt sich auch, dass hier dieselben Spannungsbeschränkungen wie bei 2-Level-Schaltungen gelten. Der Preis für die Mehrstufigkeit: Statt vier Leistungshalbleitern in 2-LeDC+ UDC/2 Point Clamped; Bild 1) mit vier in Serie verschalteten IGBTs (T1 bis T4) samt antiparallelen Dioden (D1 bis D4) sowie zwei weiteren Dioden (D5 und D6), die die Spannung an oberstem und unterstem IGBT klemmen. Maßgeblich an dieser Topologie ist, dass jeder einzelne Schalter eine geringere Sperrspannung aufweisen darf als die vom Anwender insgesamt angelegte Zwischenkreisspannung. Dadurch lassen sich gegenüber einer vergleichbaren 2-Level-Schaltung entweder verlustärmere Halbleiter verwenden oder es kann eine höhere maximale Zwischenkreisspannung angelegt werden. Neben der NPC erfreut sich die TNPC (T-Type Neutral Point Clamped; Bild 2) Schaltung großer Beliebtheit; Neuentwicklungen im So_08P1B_Gaia_N_EK_ECO.ps;S: 1;Format:(90.00 x 62.00 mm);11. Jul 2012 14:07:31 lar- und USV-Bereich der letzten anderthalb Jahre sind mehrheitlich mit der TNPC-Topologie ausgerüstet. Wie ein auf die Seite gekipptes „T“ wartet sie mit vier IGBTs und vier Dioden auf, zwei serielle IGBTs (T1 und T4, mit antiparallelen Dioden D1 und D4) zwischen Plusund Minus-Anschluss des Zwi- T1 D1 D5 T2 N UDC/2 ach über 30-jährigem Nischendasein hat die 3-Level-Technik seit etwa fünf Jahren wieder einen festen Platz in den Köpfen der Entwickler. Statt voller positiver und voller negativer Zwischenkreisspannung bei 2-Level-Topologien stehen bei 3-Level-Technik zusätzlich halbe positive und halbe negative Spannung am Ausgang zur Verfügung. Damit wird ein mehrstufiger Kurvenverlauf erzeugt, der einer Sinusschwingung stärker ähnelt als der zweistufige bei 2-LevelUmrichtern. Der Vorteil: Ein verringerter Klirrfaktor und ein damit verbundener reduzierter Filteraufwand. Alternativ kann der gleiche Klirrfaktor schon mit der halben Taktfrequenz erreicht werden. Durch das langsamere Ansteigen der Spannung in mehreren Stufen sinkt der Spannungshub pro Stufe, was sich positiv auf die Störausstrahlung auswirkt. In den vergangenen Jahren haben sich zwei 3-Level-Topologien etabliert. Zum einen die NPC-Schaltung (Neutral DC– D2 AC T3 D3 D6 T4 D4 Bild 1. 3-Level-NPCSchaltung (mit Zwischenkreis). (Bilder: Semikron)