MA – Halbbrücken-Schaltzelle mit Vielfach-Parallelschaltung

Entwicklung einer zur Vielfach-Parallelschaltung von GaN-Transistoren geeigneten Halbbrücken-Schaltzelle

Kurzzusammenfassung

Für eine entwickelte Endstufe sollen verschiedene Ansteuerkonzepte evaluiert werden. Dabei werden die Gruppenansteuerung mit einem zentralen Gate-Treiber für alle Transistoren und die Einzelansteuerung mit einem eigenen Gate-Treiber je Transistor betrachtet.

Bei der Gruppenansteuerung werden die Transistoren symmetrisch um den zentralen Gate-Treiber angeordnet, um unterschiedliche parasitären Induktivitäten der Wege von Gate-Treiber zu den Transistoren zu verhindern. Die Aufteilung der Gate-Widerstände verhindert eine Schwingung zwischen den parallelen Gate-Anschlüssen der Transistoren. Da die Ausgangsleistung auf mehrere Transistoren verteilt wird, werden zwei Gate-Treiber parallelgeschaltet. Die geringen Verzögerungszeiten der Treiberbausteine lassen dies zu.

Die Einzelansteuerung besitzt den gleichen Weg von den Gate-Treibern zu den Transistoren. Hier ist darauf zu achten, dass die Pfade vom Ansteuersignalanschluss zu den Gate-Treibern möglichst identisch sind. Die unterschiedlichen Verzögerungen der Treiberbausteine haben einen geringen Einfluss auf die Stromverteilung zwischen den parallelgeschalteten Transistoren. Durch die hohe Anzahl an Gate-Treibern ist die Einzelansteuerung im Vergleich zur Gruppenansteuerung umfangreicher und teurer. Das Ansteuerkonzept hat auf die stationäre Stromaufteilung nur einen geringen Einfluss. Während der Schaltmomente beeinflussen die verschiedenen parasitären Induktivitäten und Verzögerungen der Ansteuerverfahren die Stromaufteilung.

Durch eine verbesserte Anordnung der Transistoren auf der Endstufe lässt sich die Stromaufteilung verbessern. Durch eine Variation der Leiterbahnbreite kann die parasitäre Induktivität angepasst und damit das Schaltverhalten verbessert werden. Eine größere und besser verteilte Zwischenkreiskapazität ermöglicht eine Reduzierung der Schwingungen während der Schaltmomente.

Abstract

Various control concepts are evaluated for a developed output stage. The two extremes of group control with a central gate driver for all transistors and individual control with one gate driver per transistor are considered.

In case of group control, the transistors are arranged symmetrically around the central gate driver in order to prevent different parasitic inductances in the paths from the gate driver to the transistors. The division of the gate resistors in a on resisotr, off resistor and an resistor before every connection to the transistors prevents oscillation between the parallel gate connections of the transistors. Since the output power is distributed over several transistors, two gate drivers are connected in parallel. The short delay times of the driver make this possible.

The individual control has the same path from the gate drivers to the transistors. One has to make shure that the paths to the gate drivers are as identical as possible. The different delays of the driver modules have a small influence on the current distribution between the transistors connected in parallel. The control concept has only a minor influence on the stationary current distribution. During the switching moments, the various parasitic inductances and delays influence the current distribution between the transistors.

The current distribution can be improved through an modified arrangement of the transistors on the output stage. By varying the conductor track width, the parasitic inductance can be adapted and thus the switching behavior can be improved. A larger and better distributed DC link capacitance enables a reduction of harmonics during the switching moments.

Bearbeiter: Matthias Fella

Betreuer: Nikolai Weitz; Frank Brütting (Siemens CT)

Für Studienfächer: EEI, Mechatronik, Energietechnik

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März