Active Clamping Schaltung IGBT

[Sören (Gast)]

Hallo Experten!

Ich versuche gerade die folgende Schaltung aus dem Infineon Buch "IGBT 
Modules" zu verstehen.

Folgende grundsätzliche Fragen stellen sich mir hierbei:

-bei der Ansteuerung der Mosfets, der Schmitt-Trigger invertiert das 
Eingangssignal, aber so findet die Verzögerung statt, also quasi de 
Tot-Zeitbildung, damit nicht beide Mosfets gleichzeitig schalten?

-Wieso wurden Normally-On Mosfets verwendet? Funktioniert das damit 
überhaupt? Und muss dann das eingangssignal nicht größer als +-16V sein?

-Bei den BJTs die gleiche Frage: So we die angesteuert werden, mit einem 
Signal könnte es einen shoot-through geben. Muss dieser auch mit einer 
Torzeitschaltung verhindert werden, ist diese nur nicht eingezeichnet?

Vielleicht kennt sich jemand mit der Schaltung aus und kann mir helfen, 
das wäre großartig!

Viele Grüße
Sören

[Achim S. (Gast)]

Sören schrieb:
> -Bei den BJTs die gleiche Frage: So we die angesteuert werden, mit einem
> Signal könnte es einen shoot-through geben. Muss dieser auch mit einer
> Torzeitschaltung verhindert werden, ist diese nur nicht eingezeichnet?

Nein: wenn Basis und Emitter auf dem selben Potential liegen, sperren 
beide  BJT. Die Basis muss um 0,7V nach oben, damit der npn leitet, und 
um 0,7V nach unten, damit der pnp leitet. Es gibt also ein Totband von 
1,4V, das einen shoot-through verhindert.

Sören schrieb:
> -Wieso wurden Normally-On Mosfets verwendet? Funktioniert das damit
> überhaupt?

Werden irgendwo im Text konkrete Transistoren für T7 und T8 genannt? 
Vielleicht nahm es der Autor der Schaltung ja einfach nicht so genau mit 
den Schaltzeichen von MOS-FETs.

[Alexander S. (esko)]

Transistor T7 ist falsch gezeichnet. Soll wohl ein P-Mosfet sein, dann 
müsste der Strich fürs Gate aber oben sein.

Sören schrieb:
> -bei der Ansteuerung der Mosfets, der Schmitt-Trigger invertiert das
> Eingangssignal, aber so findet die Verzögerung statt,

Ja, aber die ist minimal. Unter einer Nanosekunde, würde ich schätzen.

> also quasi die Tot-Zeitbildung, damit nicht beide Mosfets gleichzeitig
> schalten?
Nein, denn die Verzögerung ist bei beiden Mosfets gleich.

So wie es gezeichnet ist, gibt es während der Kommutierung sicher einen 
Kurzschluss zwischen den Mosfets.

Wie man es dreht und wendet, die Schaltung ist fehlerhaft oder 
fehlerhaft gezeichnet.

[Sören (Gast)]

Achim S. schrieb:
> Nein: wenn Basis und Emitter auf dem selben Potential liegen, sperren
> beide  BJT. Die Basis muss um 0,7V nach oben, damit der npn leitet, und
> um 0,7V nach unten, damit der pnp leitet. Es gibt also ein Totband von
> 1,4V, das einen shoot-through verhindert.

Hmm okay das verstehe ich noch nicht ganz: Der Emitter liegt doch bei 
beiden in der Mitte, also das Potential ändert sich doch, sobald einer 
der BJT durchschaltet? Wie kann man den dann gut ansteuern? Und muss 
dann das Ansteuersignal nicht größer sein als das Ausgangssignal?

Achim S. schrieb:
> Werden irgendwo im Text konkrete Transistoren für T7 und T8 genannt?
> Vielleicht nahm es der Autor der Schaltung ja einfach nicht so genau mit
> den Schaltzeichen von MOS-FETs.

Leider wird nichts erwähnt. Aber wären es angenommen Normally-Off 
Mosfets, dann würden sie bei einer Spannung von 0V beide schalten, sehe 
ich das richtig? Dann müssten sie mit einer Spannung von +-16V 
angesteuert werden?

[Sören (Gast)]

Alexander Schmidt schrieb:
> Sören schrieb:
>> -bei der Ansteuerung der Mosfets, der Schmitt-Trigger invertiert das
>> Eingangssignal, aber so findet die Verzögerung statt,
>
> Ja, aber die ist minimal. Unter einer Nanosekunde, würde ich schätzen.

Hmm da hatte ich mich vertippt, wollte eigentlic fragen WO findet die 
Totzeit statt, das der Schmitt-Trigger nicht sonderliche verzögrnd 
wirkt, dachte ich mir... :-)

[Alexander S. (esko)]

Sören schrieb:
> Hmm da hatte ich mich vertippt,

Das scheint ja häufiger vor zu kommen.

> WO findet die Totzeit statt

Wenn du die Totzeit für den IGBT meinst, dann ist das in dem Plan oben 
nicht ersichtlich.

[Achim S. (Gast)]

Sören schrieb:
> Der Emitter liegt doch bei
> beiden in der Mitte, also das Potential ändert sich doch, sobald einer
> der BJT durchschaltet? Wie kann man den dann gut ansteuern? Und muss
> dann das Ansteuersignal nicht größer sein als das Ausgangssignal?

Bei der positiven Flanke an der Basis leitet der npn, und der Emitter 
folgt der Basisspannung, bleibt dabei aber immer 0,7V unter dieser. 
Dabei sperrt der pnp, denn er leitet nur, wenn die Basis 0,7V unter dem 
Emitter liegt.

Bei der negativen Flanke ist es genau umgekehrt: der pnp leitet und der 
Emitter folgt der Basisspannung, liegt aber immer 0,7V über der Basis. 
Damit sperrt der npn. Der Ausgangssignalbereich der BJT-Stufe ist damit 
wirklich um 1,4V kleiner als das Eingangssignal, aber für die Ansteuerng 
des IGBT spielt das keine Rolle.

Sören schrieb:
> Aber wären es angenommen Normally-Off
> Mosfets, dann würden sie bei einer Spannung von 0V beide schalten, sehe
> ich das richtig? Dann müssten sie mit einer Spannung von +-16V
> angesteuert werden?

Die beiden MOS-FETs bilden einen CMOS-Inverter. Der sollte mit den 
selben Pegeln angesteuert werden, die er auch am Ausgang treibt. Würde 
der Schmitt-Trigger nur zwischen 0V und +16V schalten, dann würde T8 nie 
sperren und in einem Schaltzustand ein hässlicher Querstrom fließen.

Wahrscheinlich ging es dem Autor primär um die Clamping-Schaltung. Die 
zumindest scheint mir korrekt gezeichnet.

[Sören (Gast)]

Alexander Schmidt schrieb:
>> WO findet die Totzeit statt
>
> Wenn du die Totzeit für den IGBT meinst, dann ist das in dem Plan oben
> nicht ersichtlich.

Eigentlich meinte ich die Totzeit für die Mosfets, damit diese nicht 
gleichzeitig schalten, aber die ist wohl auch nicht eingezeichnet...

Achim S. schrieb:
> Die beiden MOS-FETs bilden einen CMOS-Inverter

Der braucht aber auch eine Totzeitschaltung oder?

[Achim S. (Gast)]

Sören schrieb:
>> Die beiden MOS-FETs bilden einen CMOS-Inverter
>
> Der braucht aber auch eine Totzeitschaltung oder?

Wenn man den Querstrom beim Umschalten unbedingt verhindern will: Ja.

Zwingend ist das aber nicht, man kann auch den Querstrom beim Umschalten 
auch einfach akzeptieren. In dieser Schaltung müssen die FETs ja nur den 
Basisstrom für die folgende BJT-Stufe treiben. Man kann also FETs mit 
geringer Stromstärke nutzen, und das begrenzt auch den Querstrom.