Technologie / Technischer Leitfaden
Sperrerholung von Dioden: Gespeicherte Ladung und Kommutierung
Der Übergang einer Diode vom Leiten in Durchlassrichtung zum Sperren in Rückwärtsrichtung kann mehr umfassen als eine ideale, momentane Zustandsänderung. Einige Strukturen enthalten gespeicherte Minoritätsladungsträgerladung, während kapazitive Ladung einen weiteren transienten Strom erzeugen kann. Diese Unterscheidung verhindert, dass jeder Rückstromimpuls einem einzigen universellen Mechanismus zugeschrieben wird.
Unterscheiden Sie die Erholung der Ladungsträger von kapazitiver Ladungsbewegung.
Ein Wert für die Sperrerholzeit oder Sperrerholladung gehört zu einem bestimmten Bauelement, einer Wellenformdefinition und einer Betriebsbedingung; er ist kein allgemeingültiger Umrichterverlust.
01 / Zustandsübergang
Das Sperren in Rückwärtsrichtung kann auf einen Ladungsabbauprozess von endlicher Dauer folgen.
Bei einer entsprechenden, in Durchlassrichtung leitenden pn-Übergangsstruktur tragen überschüssige Ladungsträger zur Stromleitung bei.
Bei einer entsprechenden pn-Übergangsstruktur im Durchlassbetrieb tragen überschüssige Ladungsträger zur Stromleitung bei. Wenn die elektrischen Bedingungen einen Übergang zur Sperrpolung bewirken, kann das Entfernen dieser gespeicherten Ladung ein endliches Zeitintervall erfordern. Während eines Teils dieses Vorgangs kann ein Rückstrom fließen.
Das Diodenhandbuch von Nexperia erläutert den durch gespeicherte Ladung bedingten Sperrerholvorgang für die betreffenden Strukturen. Die Beschreibung bedeutet weder, dass jede Diode dieselbe Ladungsspeicherung aufweist, noch, dass eine Diode genau beim ersten Nulldurchgang des Durchlassstroms zu einer idealen Stromkreisunterbrechung wird.
02 / Unterschiede zwischen Geräten
Eine Schottky-Struktur weist einen anderen Ladungsträgermechanismus auf.
Eine Schottky-Struktur mit Majoritätsladungsträgern weist nicht denselben idealen Speichermechanismus für Minoritätsladungsträger auf wie eine leitende pn-Struktur.
Eine Schottky-Struktur mit Majoritätsladungsträgern besitzt nicht denselben idealen Speichermechanismus für Minoritätsladungsträger wie eine leitende pn-Struktur. Bei Änderungen der Klemmenspannung kann sie dennoch kapazitive Ladung austauschen. Ein transienter Rückstrom ist daher nicht automatisch ein Beleg für das Ausräumen gespeicherter Minoritätsladungsträger.
Reale Strukturen können zusätzliche Komplexitäten aufweisen, die über eine einfache idealisierte Bezeichnung hinausgehen. Werkstoff, Aufbau und Betriebszustand des Bauelements sind entscheidend. Die Seite stuft nicht jedes Silizium- oder SiC-Bauelement als universell überlegen ein und leitet aus der Marketingbeschreibung eines Umrichters auch nicht ab, welche Diode darin verbaut ist.
03 / Ladungsdefinition
Pulsfläche und Pulsdauer messen unterschiedliche Größen.
Eine angegebene Sperrerholungsladung wird aus einem definierten Abschnitt des Stromverlaufs gemäß der dafür festgelegten Konvention ermittelt.
Eine angegebene Sperrerholungsladung wird aus einem definierten Abschnitt des Stromverlaufs gemäß der dafür festgelegten Konvention bestimmt. Dauer, Spitzenwert des Rückstroms und integrierte Ladung sind unterschiedliche Größen. Das Kriterium für den Endpunkt und die einbezogenen Beiträge müssen zusammen mit der Bezeichnung angegeben werden.
Für einen fiktiven dreieckförmigen Impuls des Rückstrombetrags mit einem Spitzenwert von 1 A und einer Basisdauer von 2 µs beträgt die Fläche 1 µC. Dies ist eine rein geometrische Berechnung. Sie legt weder die Qrr-Definition eines Bauelements noch einen gemessenen Strom, einen zulässigen Impuls oder einen Nennwert der Rückerholzeit fest.
04 / Kommutierungspfad
Ein anderes Gerät kann von den Auswirkungen des Übergangs betroffen sein.
Während der Kommutierung wechselt der Strom zwischen den Pfaden einer Schaltanordnung.
Bei der Kommutierung wechselt der Strom zwischen den Pfaden einer Schaltung mit Schaltvorgängen. Der sich ändernde Strom einer Diode kann mit einem anderen Halbleiter und der Verbindungsstruktur wechselwirken und deren Signalverläufe beeinflussen. Der einzelne Übergang der Diode ist daher nicht von der gesamten Schaltzelle isoliert.
Der Beitrag Leitfaden zur parasitären Induktivität erklärt, warum eine Stromänderung einen dynamischen Spannungsbeitrag erzeugen kann. Dieser Zusammenhang und die Rückerholungsladung beschreiben unterschiedliche Teile desselben möglichen Ereignisses; keiner von beiden allein sagt den vollständigen Spitzenwert in der Schaltung oder die Verlustenergie voraus.
05 / Verlustgrenze
Ohne einen Spannungs-Zeit-Zusammenhang ist Ladung keine Energie.
Coulomb ist die Einheit für übertragene elektrische Ladung, Joule die Einheit für Energie.
Coulomb messen die übertragene Ladung, während Joule die Energie messen. Eine Berechnung der Ereignisenergie berücksichtigt die relevante Spannung und den relevanten Strom über das definierte Zeitintervall. Die Multiplikation eines einzelnen Ladungswerts mit einer nicht angegebenen Spannung kann kein allgemein gültiges Ergebnis für die Rückerholverluste liefern.
Die Temperatur, der vorherige Strom und die Übergangsbedingungen können das Verhalten eines bestimmten Geräts beeinflussen. Der Leitfaden zu Schaltverlusten unterscheidet die Energie eines Einzelereignisses von der durch seine Wiederholung entstehenden mittleren Leistung. Eine Sperrerholzeit allein ist keine vollständige Kennzahl für den Wirkungsgrad eines Stromrichters.
06 / Geltungsbereich des Modells
Die Kategorien von Dioden geben keine Auskunft über die tatsächliche Topologie.
Der Leitfaden zu Gleichrichtertypen unterscheidet zwischen den Funktionen der Bauelemente und der Steuerung.
Der Beitrag Leitfaden zu Gleichrichtertypen unterscheidet zwischen den Aufgaben von Bauelementen und Steuerung. Diese Seite erläutert dagegen einen dynamischen Mechanismus eines Bauelements. Keine der beiden Darstellungen bestimmt die tatsächlichen Strompfade in einem nicht bestätigten MARSTON-Gleichrichter oder -Umrichter.
Es werden keine MARSTON-Diodentechnologie, Qrr, Sperrerholzeit, Kommutierungsgeschwindigkeit oder Verlustwerte festgelegt. Der Leitfaden gibt keine Austauschauswahl, keinen Doppelpulstest, keine Wellenformmessung unter Spannung und keine Änderung der Gate-Ansteuerzeiten vor; sein Dreiecksbeispiel veranschaulicht ausschließlich Einheiten und Integration.
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Allgemeiner Hintergrund: Nexperia: Ladungsträgererholung, kapazitive Ladung und Grenzen der Wellenformdefinition. Diese Quellen erläutern Branchenkonzepte; sie sind von den geltenden MARSTON-Produkt- und Projektunterlagen zu unterscheiden.
Zentrale Begriffe und Bedingungen.
Lesen Sie jede Größe mit ihrem Bezug, ihren Einheiten und den genannten Bedingungen. Ein allgemeiner Zusammenhang legt keinen modellspezifischen Wert fest.
| Begriff / Größe | Bedeutung / Zusammenhang | Bedingungen / Grenzen |
|---|---|---|
| Ladungsträgerabbau | Entfernung überschüssiger gespeicherter Ladungsträger | Maßgeblicher Verlauf der Stromleitung im pn-Übergang. |
| Kapazitiver Strom | Ladungsaustausch bei Spannungsänderungen | Von der Speicherung von Minoritätsladungsträgern zu unterscheiden. |
| Sperrerholzeit | Zeit unter Berücksichtigung einer festgelegten Endpunktkonvention | Nicht austauschbar mit integrierter Ladung. |
| Pulsladung | Integral des definierten Stroms in C | Der betrachtete Wellenformabschnitt und die Vorzeichenkonvention sind ausdrücklich angegeben. |
| Energie pro Ereignis | Integral aus maßgeblicher Spannung × Strom | Die Ladung allein bestimmt nicht den gesamten Verlust. |
Technische Fragen.
Haben alle Dioden den gleichen Mechanismus zur Speicherung von Ladung?
Nein, ihre Strukturen und Betriebsbedingungen unterscheiden sich.
Kann ein Schottky-Bauelement einen transienten Rückstrom zeigen?
Ja. Kapazitiver Ladungsaustausch bleibt auch ohne denselben Minoritätsladungsträgermechanismus möglich.
Sind Spitzenstrom und Qrr dieselbe Größe?
Nein. Das eine ist eine Amplitude, das andere eine integrierte Ladung.
Gibt das Beispiel mit dreieckigem Verlauf und 1 µC einen Komponentenbemessungswert an?
Nein. Es handelt sich um eine erfundene Berechnung der Fläche unter einer Signalform.
Kann die Sperrerholung einen anderen Schalter beeinflussen?
Ja. Die Kommutierung verknüpft das Bauteilverhalten mit anderen Pfaden in der Schaltung.
Wird hier der MARSTON-Diodentyp oder eine Ersatzdiode festgelegt?
Es wird keine konkrete Topologie, kein konkretes Bauelement und kein konkretes Betriebsverfahren zugeordnet.
Technische Anfrage
Die technische Frage besprechen.
Der Übergang einer Diode vom Leiten in Durchlassrichtung zum Sperren in Rückwärtsrichtung kann mehr umfassen als einen idealen, augenblicklichen Zustandswechsel. Teilen Sie für eine technische Erörterung das Modell und die maßgeblichen Betriebs- oder Auslegungsinformationen mit.