Prof. Dr.-Ing. Stefan Butzmann

Johannes Hartmann

Entwicklung und Aufbau einer Schaltung zur Messung der Durchlassspannung von Leistungstransistoren

Für die Entwicklung und Untersuchung von leistungselektronischen Schaltungen mit IGBTs ist es notwendig, das Schaltverhalten und die Durchlassverluste der IGBTs unter realen Bedingungen zu messen. Am Lehrstuhl für Sensorik und messtechnische Systeme wird dazu ein Doppelpulsmessplatz eingesetzt. Aus Sicherheitsgründen und zur Vermeidung von Fehlern durch parasitäre Effekte ist der Hochspannungsteil des Doppelpulsmessplatzes potentialfrei aufgebaut, eine leitende Verbindung zur Erde darf nicht erzeugt werden. Zur Bestimmung der Durchlassverluste muss die Spannung am IGBT im durchgeschalteten Zustand gemessen werden. Diese Durchlassspannung beträgt nur wenige Volt. Im ausgeschalteten Zustand wird an dieser Stelle jedoch eine Abschaltspannung von bis zu mehreren hundert Volt gemessen. Der Messaufbau muss der maximalen Abschaltspannung widerstehen und trotzdem die Durchlassspannung möglichst genau messen können.

Im Rahmen dieser Arbeit soll eine geeignete Schaltung zur Messung der Durchlassspannung entwickelt und aufgebaut werden. Wird der Messbereich der Durchlassspannung überschritten, muss das angeschlossene Oszilloskop vor höheren Spannungen geschützt werden. Die benötigte Isolation muss für mindestens 2 kV bemessen sein. Als Teil dieser Arbeit sollen Schalt- und Durchlassverluste in Abhängigkeit von der Halbleitertemperatur gemessen werden. Der Messbereich der Durchlassspannung soll ±10 V betragen. Die erforderliche Dynamik der Schaltung ist anhand von Messungen mit IGBTs in heutiger Technologie zu bestimmen.

Dazu sind u.a. folgende Punkte zu bearbeiten:

  • Untersuchung verschiedener Konzepte zur Realisierung der Mess-, Isolations- und Schutzfunktion und Auswahl des am bestgeeigneten Konzeptes
  • Entwicklung eines Schaltplans und Auswahl geeigneter Komponenten
  • Erstellung eines Layouts mit Berücksichtigung der Isolationsanforderungen
  • Inbetriebnahme, Isolationstest und messtechnische Charakterisierung der Schaltung
  • Messung von Durchlass- und Schaltverlusten im realen Betrieb
  • Schriftliche Dokumentation der Ergebnisse und Präsentation in einem Seminarvortrag

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