On-line calculation of the temperature of power semicondutor devices in power converter operation

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Tobias Reimann
• Subject Area: Electronic Semiconductors, Components and Circuits, Integrated Systems, Sensor Technology, Theoretical Electrical Engineering
• Term: from 1999 to 2003
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5182482

Der Schutz von Leistungshalbleiterbauelementen ist ein wichtiges Kriterium bei der technischen Umsetzung und Auslegung von Schaltungstopologien. Die Sperrschichttemperatur ist ein wesentlicher Betriebsparameter neben dem Einhalten von statischen und dynamischen elektrischen Grenzwerten. Aufgrund von thermischer Überlastung kann es zu einer sofortigen Zerstörung durch Überschreitung von Absolutgrenzwerten oder zur drastischen Verringerung der Lebensdauer durch Temperaturwechsel kommen. Beim Betrieb von Umrichtern mit kleinen Ausgangsfrequenzen liegen die maximalen Sperrschichttemperaturen unter Umständen erheblich über den mittleren. Das Forschungsprojekt befaßt sich daher mit der Online-Ermittlung der zeitlich veränderlichen Chiptemperatur von Leistungshalbleitern im Umrichterbetrieb. Schwerpunkt des Forschungsvorhabens ist die Realisierung von elektrothermischen Modellen im Mikrocontroller. Im Mittelpunkt steht dabei die Untersuchung der Grenzen und der Genauigkeit der Modelle für verschiedene Puls- und Ausgangsfrequenzbereiche in I- und U-Umrichtertopologien. Die im Controller berechneten Sperrschichttemperaturverläufe im Grundschwingungsfrequenzbereich sollen durch parallel ablaufende berührungslose Temperaturmessung mit Spezialkameras verifiziert werden. Die Umrichterleistung kann dabei in Abhängigkeit einer maximal zulässigen Sperrschichttemperatur bzw. -differenz geregelt werden. Neben der Analyse von Temperaturschutzkonzepten werden notwendige Parameter zur Umsetzung aus Anwendersicht erarbeitet sowie die notwendigen Hard- und Softwaressourcen zum Erreichen einer definierten Umrichterperformance ermittelt.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1038: Halbleiterbauelemente hoher Leistung
• Participating Person: Professor Dr.-Ing. Jürgen Petzoldt