Reihenschaltung von SiC Dioden möglich?

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo Allerseits,

ich möchte mit Hilfe eines primärseitig getakteten Übertragers eine Hochspannung erzeugen (ca. 1000 bis 1600V) und benötige am Ausgang des Übertragers eine Diode, die nicht nur diese Sperrspannung aushält, sondern auch schnell schaltet, bzw. eine möglichst kleine Sperrverzögerung hat, damit der Ausgangskondensator während der Taktung (ca. 20kHz) effektiver aufgeladen wird.

Nun habe ich von neuartigen Dioden aus Silizium-Carbid (SiC) gehört und gelesen, dass diese absolut keine Sperrverzögerung mehr besitzen, und daher für höchste Schaltfrequenzen (GHz) geeignet sind. Allerdings gibt es diese bislang nur bis zu einer Sperrspannung von 600Volt.

Meine Frage ist daher, ob ich zwei oder mehrerer dieser Dioden in Reihe schalten kann, um eine höhere Sperrspannung als die des Einzelbauteiles zu erreichen. Normalerweise gilt nämlich: „in einer Reihenschaltung von Dioden bestimmt die Diode mit der geringsten Sperrverzugsladung die Ladung der Gesamtreihenschaltung während der Spannungsaufnahme. d. h., die Diode mit der geringsten Speicherladung in einer Diodenreihenschaltung muß mehr Sperrspannung aufnehmen“. Da SiC-Dioden aber keine Sperrverzugsladung aufweisen, sollte sich die Sperrspannung gleichmäßig aufteilen, oder?

Zweite Frage: muss im statischen Sperrzustand zweier oder mehrerer in Reihe geschalteter SiC-Dioden der Leckstrom berücksichtigt werden, bzw. führt dieser eventuell zu einer ungleichen Sperrspannungs-Verteilung?

Vielen Dank für Eure Hilfe!
Gruß, Alexander

möglichst ich möchte gerne wissen, ob man Dioden, die aus Silizium-Carbid hergestellt wurden, in Reihe schalten darf, um eine höhere Sperrspannung als die der Einzeldiode zu erreichen.

#2

Hallo Alexander,

Meine Frage ist daher, ob ich zwei oder mehrerer dieser Dioden
in Reihe schalten kann, um eine höhere Sperrspannung als die
des Einzelbauteiles zu erreichen. Normalerweise gilt nämlich:
„in einer Reihenschaltung von Dioden bestimmt die Diode mit
der geringsten Sperrverzugsladung die Ladung der
Gesamtreihenschaltung während der Spannungsaufnahme. d. h.,
die Diode mit der geringsten Speicherladung in einer
Diodenreihenschaltung muß mehr Sperrspannung aufnehmen“. Da

SiC-Dioden aber keine Sperrverzugsladung aufweisen, sollte
sich die Sperrspannung gleichmäßig aufteilen, oder?

Null, kann die Zeit nicht werden, nur sehr klein.
Schon jeder Draht bildet eine Kapazität und Induktivität.

Deine Dioden bilden einen Spannungsteiler, das hast du schon erkannt.
tr ist dabei ein Parameter, welcher „die Widerstände unterschiedlich macht“.

Das Weitere, bei der dynamischen Betrachtung, sind die Kapazitäten der Dioden. Du erhältst praktisch einen kapazitiven Spannungsteiler.

Und, wie von dir auch schon erkannt, die unterschiedlichen Sperrströme teilen die Spannung auch ungleichmässig auf.

Normalerweise behilft man sich damit, dass man parallel zu den Dioden Widerstände schaltet. Dabei muss dann der Strom durch die Widerstände wesentlich grösser als die Sperrströme sein.

Um auch die Dynamik in den Griff zu bekommen, muss man, je nachdem, auch noch Kondensatoren parallel zu den Dioden schalten.

Das Ganze verschlechtert dann aber den Wirkungsgrad deiner Schaltung !

MfG Peter(TOO)

#3

also keine Vorteile gegenüber Silizium-Dioden
Hallo Peter,

danke für Deine Antwort, aus der ich wohl schlussfolgern muss, dass eine Reihenschaltung aus SiC-Dioden nicht anders zu behandeln ist wie die aus gewöhnlichen Silizium-Dioden. Die Vorteile, die SiC-Dioden an sich bieten, können in einer Reihenschaltung also nicht wirklich ausgenutzt werden.

Gruß, Alexander

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#4

Hallo Alexander,

danke für Deine Antwort, aus der ich wohl schlussfolgern muss,
dass eine Reihenschaltung aus SiC-Dioden nicht anders zu
behandeln ist wie die aus gewöhnlichen Silizium-Dioden. Die
Vorteile, die SiC-Dioden an sich bieten, können in einer
Reihenschaltung also nicht wirklich ausgenutzt werden.

Die Reihenschaltung war schon immer eher eine Notlösung. Das macht man ja nur, wenn keine passenden Dioden vorhanden sind.

Ob du netto eine Verbesserung erreichen kannst, musst du selbst berechnen, das geht nur wenn man die Schaltung im Detail kennt.

MfG Peter(TOO)

#5

Hallo,

ich möchte mit Hilfe eines primärseitig getakteten Übertragers
eine Hochspannung erzeugen (ca. 1000 bis 1600V) und benötige
am Ausgang des Übertragers eine Diode, die nicht nur diese
Sperrspannung aushält, sondern auch schnell schaltet, bzw.
eine möglichst kleine Sperrverzögerung hat, damit der
Ausgangskondensator während der Taktung (ca. 20kHz) effektiver
aufgeladen wird.

20kHz ist aber quasi „Gleichstrom“. Da wegen Effizienz auf
exotische Bauelemente für den GHz-Bereich zurückgreifen,
scheint mir deutlich overengineert.

Nimm also schnelle kapazitätsarme Si-Dioden.
Falls du die nicht in der benötigten Spannung bekommst,
dann schalte sie eben in Reihe, was die Kapazität nochmal
veringert. Um eine gleichmäßige Spannungsverteilung zu bekommen,
kannst du auf kapazitätsarme Widerstände zurückgreifen.
Da noch die Kapazität abzugleichen scheint mir bei 20kHz
auch übertrieben.
Wenn möglich selektiere die Dioden auf annähernd gleichen
Sperrstrom, dann kann der Spannungsteiler auch recht hochohmig
sein.
Gruß Uwi

Nun habe ich von neuartigen Dioden aus Silizium-Carbid (SiC)
gehört und gelesen, dass diese absolut keine Sperrverzögerung
mehr besitzen, und daher für höchste Schaltfrequenzen (GHz)
geeignet sind. Allerdings gibt es diese bislang nur bis zu
einer Sperrspannung von 600Volt.