3. Esittele kirjassa esitetyt puolijohdetehokomponenttien jäähdytysmenetelmät ja -laitteet sekä niiden keskinäiset edut ja haitat.

Samankaltaiset tiedostot
ELEC-E8421 Tehoelektroniikan komponentit 1 (9) Tentti , kello 13: :00, sali AS1

S Tehoelektroniikan komponentit J. Niiranen 1 (12) Tentti , kello , sali S3

S Tehoelektroniikan komponentit J. Niiranen 1 (13) Tentti , kello , sali S4

FYSE301(Elektroniikka(1(A3osa,(kevät(2013(

FYSE301 Elektroniikka I osa A Loppukoe (Vastaa kaikkiin viiteen tehtävään)

FYSE301 Elektroniikka I osa A Loppukoe Vastaa kaikkiin viiteen kysymykseen

3. Esittele kirjassa esitetyt puolijohdetehokomponenttien jäähdytysmenetelmät ja -laitteet sekä niiden keskinäiset edut ja haitat.

ELEC-E8421 Tehoelektroniikan komponentit

S Tehoelektroniikan komponentit J. Niiranen 1 (14) Tentti , kello , sali E110

S Power Electronics Exam Answer all five questions (in English, Finnish, Swedish). Questions in Finnish are on the reverse side.

' ' MJE3055~ i'.. "' f'... r-...

AKKREDITOITU KALIBROINTILABORATORIO ACCREDITED CALIBRATION LABORATORY K013

AKKREDITOITU KALIBROINTILABORATORIO ACCREDITED CALIBRATION LABORATORY SGS FIMKO OY

S Power Electronics Exam

Sähköpaja. Kimmo Silvonen (X)

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

AKKREDITOITU KALIBROINTILABORATORIO ACCREDITED CALIBRATION LABORATORY SGS FIMKO OY

ELEC C4210 SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA Kimmo Silvonen

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

MUISTIPIIRIT H. Honkanen

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Lämmitysjärjestelmät

s /BA 1(8) taajuusmuuttajalla

Sähkötekniikka ja elektroniikka

LYTH-CONS CONSISTENCY TRANSMITTER

dupol.eu - smart home product comparison

Break. the Limits! Pienjännitekojeet

UNIVERSITY OF JYVÄSKYLÄ LABORATORY WORKS. For analog electronics FYSE400 Loberg D E P A R T M E N T O F P H Y S I C S

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Suomen Aurinkolämpö Oy

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA Aalto-yliopisto, sähkötekniikan korkeakoulu

S Sähkön jakelu ja markkinat S Electricity Distribution and Markets

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Sähkötekniikka ja elektroniikka

Making LED lighting solutions simple TM.

SEW-EURODRIVE Driving the world

Sähköpaja. Kimmo Silvonen (X)

AALTO UNIVERSITY SCHOOL OF ELECTRICAL ENGINEERING Master s Programme in Automation and Electrical Engineering

Sähkötekniikka ja elektroniikka

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

ELEC C4210 SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

S Power Electronics Exam

Sähkötekniikka ja elektroniikka

Analogiapiirit III. Keskiviikko , klo , TS128. Operaatiovahvistinrakenteet

Arduino. Kimmo Silvonen (X)

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY VERKOTAN OY VERKOTAN LTD.

Sähköpaja. Kimmo Silvonen (X)

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

KÄYTTÖOHJE HLS 35. Versio (6) TOIMINTOKAAVIO

HITSAUKSEN TUOTTAVUUSRATKAISUT

ABB Oy Domestic Sales Harri Liukku Aurinkosähköjärjestelmät Kytkennät

Lausuntopyyntöluettelo HUOM. Komiteoiden ja seurantaryhmien kokoonpanot on esitetty SESKOn komitealuettelossa

Myytävät laitteet/instruments for sale mobile:

FLEX COMBI 21 Yleiskäyttöinen I/O-laajennusyksikkö Universal I/O extension unit Universal expantionsenhet

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

ELEC C4210 SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA Kimmo Silvonen

Sähköpajan elektroniikkaa

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

ELEKTRONIIKAN PERUSTEET T700504

C 2. + U in C 1. (3 pistettä) ja jännite U C (t), kun kytkin suljetaan ajanhetkellä t = 0 (4 pistettä). Komponenttiarvot ovat

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY GRANT4COM OY

Pakettisynkronointitestauksen automaatio

ELEC-E8403 Converter Techniques Exam

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

Analogiapiirit III. Keskiviikko , klo , TS128. Operaatiovahvistinrakenteet

Peltorobotin akselimoduulin kontrolleri

Multilevel voltage source inverters in medium voltage drives

PDI:n kidetuotteet Fintronicista

Sähkötekniikka ja elektroniikka

OVERVOLTAGE FILTERING SOLUTIONS FOR WIND TURBINE DRIVES

RE11LMBM. Tuotelehti Tuntomerkit. Pääasiallinen. Vastaavanlainen 1 / 6

AKKREDITOITU KALIBROINTILABORATORIO ACCREDITED CALIBRATION LABORATORY INSPECTA TARKASTUS OY MITTAUSLAITTEET

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

ELEKTRONIIKAN PERUSTEET T320003

Sähköpajan elektroniikkaa

Tehoelektroniikan komponentit ELEC-E8421

KIILAHIHNAT TUULETTAJANHIHNAT MONIURAHIHNAT KIILAHIHNAT TUULETTAJANHIHNAT MONIURAHIHNAT KIILAHIHNAT TUULETTAJANHIHNAT MONIURAHIHNAT HIHNAT 110

Defining nearly zero in Finland - FInZEB

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

Tekniset tiedot lyhyesti

tahtikonekäytöissä Mikko Valtonen Tiiliholvi VEM motors Finland Oy

MITSUI SEIKI HU40A Vaakakoneistuskeskus

Tenti ssä sallitut apuvälineet - kynät, kumit jne. - taskulaskin - lukion kaavakokoelma tms. + Laolace taulut

Luotettavuutta. Suorituskykyä. Reliability and ja. Performance. sylvania-lighting.com. ToLEDo Performer

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

CONVERSION KITS FOR FRAMES MR8 AND MR9 INSTALLATION INSTRUCTIONS

performance DHW coil type exchanger Diverter valve Analogue thermostat control panel Heating pump DHW pump Digital electronic control panel

Asennus- ja käyttöohje PA

Erään piirikomponentin napajännite on nolla, eikä sen läpi kulje virtaa ajanhetkellä 0 jännitteen ja virran arvot ovat. 500t.

Lausuntopyyntöluettelo HUOM. Komiteoiden ja seurantaryhmien kokoonpanot on esitetty SESKOn komitealuettelossa

KÄYTTÖOHJE PEL 1000 / PEL 1000-M

Transkriptio:

S-81.312 Tehoelektroniikan komponentit J. Niiranen 1 (9) Tentti 2.1.214, kello 16... 19, sali S4 Papereihin Tentissä sallitut apuvälineet - sukunimi ja etunimet - kynät, kumit jne. - opiskelijanumero - taskulaskin - koulutusohjelma. - lukion kaavakokoelma tms. + Laplace taulut 1. Selvitä lyhyesti (max. 2...4 lausetta + mahdollinen kuva), mitä seuraavilla termeillä tarkoitetaan - diffuusiomenetelmä - takavirta - IGCT - heat-pipe - kaksoiskerroskondensaattori. 2. Esittele IGBT:n rakenne, toimintaperiaate ja ominaisuudet. 3. Esittele kirjassa esitetyt puolijohdetehokomponenttien jäähdytysmenetelmät ja -laitteet sekä niiden keskinäiset edut ja haitat. 4. Määrää CMF212D SiC-MOSFET:in vaatiman jäähdytyselementin lämpövastus, kun fetin virta on oheisen kuvan mukainen. Hilan jännite on johtotilassa + 22 V ja johtamattomassa tilassa 2 V. Hilaohjaimen sisäinen resistanssi on 6,8 Ω. Fetin yli oleva jännite on päällekytkennän aikana 6 V ja katkaisun aikana 8 V. Jäähdytysilman lämpötila on 45 C. I D 25A 2µs t 4µs 5. Erään jännitettä laskevan tasasähkökatkojan lähtövirtapulssit on tarkoitus muodostaa ferriittirenkaasta TN26/15/1-3C9 tehdyn kuristimen avulla. Kuristimen yli on 19 V jännite 1 µs ajan, jona aikana kuristimen virran halutaan kasvavan nollasta noin,5 A maksimiarvoon. a) Kuinka monta johdinkierrosta pitää olla tarvittavan induktanssin aikaansaamiseksi? b) Mikä on renkaan vuontiheys B maksimivirralla kyseisellä kierrosmäärällä? c) Onko kyseinen ferriittirengas sopiva tähän sovellukseen? Perustele päätelmäsi. Kaavoja seuraavalla sivulla, datalehti viimeisellä sivulla. Huom! ferriittirenkaassa ei ole ilmaväliä!

CMF212D-Silicon Carbide Power MOSFET Z-FeT TM MOSFET N-Channel Enhancement Mode Features Package V DS R DS(on) = 12 V = 8 mω I D(MAX) @T C =25 C = 33 A Industry Leading R DS(on) High Speed Switching Low Capacitances Easy to Parallel Simple to Drive Pb-Free Plating, RoHS Compliant, Halogen Free Benefits TO-247-3 G D SS Higher System Efficiency Reduced Cooling Requirements Avalanche Ruggedness Increased System Switching Frequency Applications Solar Inverters High Voltage DC/DC Converters Motor Drives Part Number CMF212D Package TO-247-3 Maximum Ratings Symbol Parameter Value Unit Test Conditions Note I D Continuous Drain Current 33 V GS @2V, T C = 25 C A 17 V GS @2V, T C = 1 C I Dpulse Pulsed Drain Current 78 A E AS Single Pulse Avalanche Energy 2.2 J Pulse width t P limited by T jmax T C = 25 C I D = 2A, V DD = 5 V, L = 9.5 mh E AR Repetitive Avalanche Energy 1.5 J t AR limited by T jmax I AR Repetitive Avalanche Current 2 A I D = 2A, V DD = 5 V, L = 3 mh t AR limited by Tjmax V GS Gate Source Voltage -5/+25 V P tot Power Dissipation 15 W T C =25 C T J, T stg Operating Junction and Storage Temperature -55 to +125 C T L Solder Temperature 26 C 1.6mm (.63 ) from case for 1s M d Mounting Torque 1 8.8 Nm lbf-in M3 or 6-32 screw 2 CMF212D Rev. A

Electrical Characteristics Symbol Parameter Min. Typ. Max. Unit Test Conditions Note V (BR)DSS Drain-Source Breakdown Voltage 12 V V GS = V, I D = 1μA V GS(th) I DSS Gate Threshold Voltage Zero Gate Voltage Drain Current 2.5 4 V DS = V GS, I D = 1mA, T J = 25ºC V 1.8 V DS = V GS, I D = 1mA, T J = 125ºC 1 1 V DS = 12V, V GS = V, T J = 25ºC μa 1 25 V DS = 12V, V GS = V, T J = 125ºC I GSS Gate-Source Leakage Current 25 na V GS = 2V, V DS = V R DS(on) g fs Drain-Source On-State Resistance Transconductance C iss Input Capacitance 1915 C oss Output Capacitance 12 C rss Reverse Transfer Capacitance 13 t d(on)i Turn-On Delay Time 17.2 t r Rise Time 13.6 t d(off)i Turn-Off Delay Time 62 t fi Fall Time 35.6 E ON Turn-On Switching Loss (25ºC) (125ºC) E Off Turn-Off Switching Loss (25ºC) (125ºC) 8 11 VGS = 2V, ID = 2A, TJ = 25ºC mω 95 13 V GS = 2V, I D = 2A, T J = 125ºC 7.3 V DS= 2V, I DS= 2A, T J = 25ºC S 6.8 V DS= 2V, I DS= 2A, T J = 125ºC pf ns V GS = V V DS = 8V f = 1MHz VAC = 25mV V DD = 8V V GS = -2/2V I D = 2A R G = 6.8Ω L = 856μH Per JEDEC24 Page 27 R G Internal Gate Resistance 5 Ω V GS = V, f = 1MHz, V AC = 25mV NOTES: 1. The recommended on-state V GS is +2V and the recommended off-state V GS is between -2V and -5V Reverse Diode Characteristics 53 422 32 329 Symbol Parameter Typ. Max. Unit Test Conditions Note μj μj 1 fig. 3 fig. 5 fig. 12 V sd Diode Forward Voltage t rr Reverse Recovery Time 22 ns Q rr Reverse Recovery Charge 142 nc I rrm Peak Reverse Recovery Current 2.3 A 3.5 V GS = -5V, I F =1A, T J = 25ºC 3.1 V V GS = -2V, I F =1A, T J = 25ºC V GS = -5V, I F =2A, T J = 25ºC V R = 8V, di F/dt= 1A/μs fig. 13,14 Thermal Characteristics Symbol Parameter Typ. Max. Unit Test Conditions Note R θjc Thermal Resistance from Junction to Case.58.7 R θcs Case to Sink, w/ Thermal Compound.25 R θja Thermal Resistance From Junction to Ambient 4 C/W fig. 6 Gate Charge Characteristics Symbol Parameter Typ. Max. Unit Test Conditions Note Q gs Gate to Source Charge 23.8 Q gd Gate to Drain Charge 43.1 Q g Gate Charge Total 9.8 nc V DD = 8V I D =2A V GS = -2/2V Per JEDEC24-2 fig.9 8 CMF212D Rev. A

Typical Performance 12 12 I D (A) 1 8 6 V GS=2V V GS=18V V GS=16V I D (A) 1 8 6 V GS=2V V GS=18V V GS=16V V GS=14V 4 V GS=14V 4 V GS=12V 2 V GS=12V V GS=1V 2 V GS=1V 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 V DS (V) Fig 1. Typical Output Characteristics T J = 25ºC 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 V DS (V) Fig 2. Typical Output Characteristics T J = 125ºC 6 5 2 1.8 1.6 4 1.4 I D (A) 3 2 T = 125 C T = 25 C Normalized R DS(on) 1.2 1.8.6 V GS=2V 1.4.2 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 V GS (V) Figure 3. Typical Transfer Characteristics 25 5 75 1 125 15 T ( o C) Fig 4. Normalized On-Resistance vs. Temperature 1.E-8 V GS = V f = 1 MHz 1.E-8 V GS = V f = 1 MHz C iss C iss 1.E-9 1.E-9 Capacitance (F) 1.E-1 C oss Capacitance (F) 1.E-1 C oss C rss C rss 1.E-11 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 V DS (V) 1.E-11 1 2 3 4 5 6 7 8 V DS (V) Fig 5A and 5B. Typical Capacitance vs. Drain Source Voltage 9 CMF212D Rev. A

Typical Performance 1.E+ 1.E-1 Z th ( o C/W) 1.E-2 1.E-3 1.E-4 1.E-6 1.E-5 1.E-4 1.E-3 1.E-2 1.E-1 1.E+ 1.E+1 Time (s) Fig 6. Transient Thermal Impedence, Junction - Case 6 6 5 5 Switching Loss (µj) 4 3 2 1 V GS= -2/2V RG= 11.8Ω Total VDD= 8V ID= 2A Switching Loss (µj) 4 3 2 1 V GS= -2/2V RG= 11.8Ω Total VDD= 8V ID= 2A 25 5 75 1 125 15 Temp ( C) Fig 7. Inductive Switching Energy(Turn-on) vs. T 25 5 75 1 125 15 Temp ( C) Fig 8. Inductive Switching Energy(Turn-off) vs. T 25 25 25 2 2 V DS 2 V GS (V) 15 1 I D =2A V DD =8V I DS (A) 15 1 I DS 15 V DS (V) 1 5 E AS = 2.2 J 5 5-5 2 4 6 8 1 Gate Charge (nc) Fig 9. Typical Gate Charge Characteristics @ 25 C.1.2.3.4.5.6 Time (s) Fig 1. Typical Avalanche Waveform 1 CMF212D Rev. A

Clamped Inductive Switch Testing Fixture tw VGS(on) pulse duration Input (V i ) 5% 9% 9% 5% 1% 1% 856μH C2D112D 1A, 12V SiC Schottky VGS(off) Input Pulse Rise Time Input Pulse Fall Time + 8V - 42.3μf td(on)i tfi td(off)i tri CMF212D D.U.T. id(on) 1% 1% Output (i D ) 9% 9% id(off) ton(i) toff(i) Fig 11. Switching Waveform Test Circuit Fig 12. Switching Test Waveform Times Ic t rr Qrr= trr id dt tx Vpk tx 1% Vcc Irr 1% Irr Vcc Diode Recovery Waveforms + - 8V 42.3μf 856μH CMF212D CMF212D D.U.T. Diode Reverse Recovery Energy Erec= t2 id dt t1 t1 t2 Fig 13. Body Diode Recovery Waveform Fig 14. Body Diode Recovery Test 11 CMF212D Rev. A

E A = 1/2L x I D 2 Fig 15. Avalanche Test Circuit Fig 16. Theoretical Avalanche Waveform Package Dimensions Package TO-247-3 G D SSS Inches Millimeters POS Min Max Min Max A.19.25 4.83 5.21 A1.9.1 2.29 2.54 A2.75.85 1.91 2.16 b.42.52 1.7 1.33 b1.75.95 1.91 2.41 b2.75.85 1.91 2.16 b3.113.133 2.87 3.38 b4.113.123 2.87 3.13 c.22.27.55.68 D.819.831 2.8 21.1 D1.64.695 16.25 17.65 D2.37.49.95 1.25 E.62.635 15.75 16.13 E1.516.557 13.1 14.15 E2.145.21 3.68 5.1 E3.39.75 1. 1.9 E4.487.529 12.38 13.43 e.214 BSC 5.44 BSC N 3 3 L.78.8 19.81 2.32 L1.161.173 4.1 4.4 ØP.138.144 3.51 3.65 Q.216.236 5.49 6. S.238.248 6.4 6.3 12 CMF212D Rev. A

214-1-2 3

214-1-2 3