S-81.3120 Tehoelektroniikan komponentit J. Niiranen (6) Tentti 15'12.2008.kello 13 -.. 16.sali53 + RATKA t t Papereihin - sukunimi ja etunimet - opiskelij anumero - koulutusohjelma. Tenti ssä sallitut apuvälineet - kynät, kumit jne. - taskulaskin - lukion kaavakokoelma tms. + Laolace taulut. Selvitii lyhyesti (max. 2...4 lausetta + mahdollinen kuva), mitii seuraavilla termeillä tarkoitetaan - FZ-menetelmä - SiC - triak - heat-pipe - ferriitti. 2. Esittele GBT:n rakenne, toimintaperiaate ja ominaisuudet. 3. Esittele kiihdytetty superpositiomenetelmä. Mitä muita menetelmiä on komponentin l2impenemåin laskuun yleisessä tapauksessa? Mitkä ovat niiden edut ja haitat? 4. M:ätuää XFH5N60 -fetin vaatiman jiiiihdytyselementin liimpövastus, kun fetin virta on oheisen kuvan mukainen. J:iiihdytysilman låimpötila on 45 "C ja Vcs = l0 V. Fetin yli oleva jiinnite on ptiällek1'tkenniin aikana 360 V ja katkaisun aikana 500 V. f. Eriilin forward-hakkuriteholzihteen (kuva alla) muuntajassa on lieriökiiiimitys, jonka leveys å* = 24,7 mm ja keskimiiiiräinen kierrospituus /w : 85,5 mm. Ensiö- ja toisiokiiiimityksen paksuudet ovat å,n1 = l,9l mmjaå*2=2,3mm sekä kierrosluwt 193 ja6. Ensiönja toision välissä olevan eristekerroksen paksuus on 0,4 mm sekä Fo= 4n l0-7 Wm. #_ a) b) c) Laske muuntajan toisioon redusoidun hajainduktanssin suuruus (kaava seuraavalla silulla) Kuinka pitkä aika kuluu virran kommutointiin toisiossa olevien diodien välillä, kun suotokuristimessa kulkee vakio 30 A virta ja toision tyhjiikiptij?innite on 20 ps kestiivist?i + 12 V positiivisista ja - 12 V negatiivisista pulsseista koostuvaa kanttiaaltoa. Oleta yksinkertaisuuden vuoksi, että muuntajan kii?imityksien resistanssi on nolla, diodeilla ei ole takavirtaa ja että niiden piiiistöjiinnite on 1 V. Miten paljon kommutointi alentaa hakkuriteholåihteen lähtöjiinnitettii edelliimainitussa tapauksessa?
å, Ensiönjatoisionvälisenhajainduktanssinaiheunamaj2innitehäviöonuseimmitenhallit resistiivisccnniihden.tavallisestimuunajasyönääesasuuntaajaajolloinhajainduktanssi vailurusnälcyypii:iasiassadiodienkommutoinninaikaiscnaj:innineenalenemana-erä.iss sovclluksissa hajainduktanssista on hyöryiikin' koska se råjoinaa toision oikosulkuvirran' Kuvan l.15 mukaisille apauksillc on olemassa kaave,-j u=ffi& +27-xdl (1r.31) jossa N = sen käiirnin kierrosmiiiira johon hajainduktanssi haluaan redusoid4 Y = å* jos kysccssä licritiklimirys (a ensiö ja toisio ovat yhtä leveitåi' å*1 = å*2) f = å* jos kyseessa worokii'iimitys (a ensiö ja toisio ovat yhtä paksuj4 lro' 1 = ft*z)!,16 = ensiön ja toision v?ilisten eristeiden tai ilmavlilien paksuuksien summa X = lieriökii'irniryksen kokonaispaksuus 'a'i worokiiiimiryksen kokonaisleveys l* = keskimliäänen johdinliienoksen piruus / y' = ensiön ja toision viilisten eristeiden lukum?iiirä xä1 x6 xa2 b) a) M=2 Kuva. t 5. Hajainduktanssin määrityksen mitat; (a) lieriökäiimirys; (b) vuorokåilimitys'
Lf XYS HiPeTFETTM vo." loru Power MOSFETS XFH/XFM 600v 154 txfh/txfm 600 v 204 N-Channel Enhancement Mode High dv/dt, Low t-, HDMOSru Family t,, ( 250 ns 0.50 c) 0.35 c) Synbol Testcondltlons Tr = 25'C to 150"C V*" = 25'C to 150"C; R*=1MO E^a Continuous Translenl T" = 25"c Tc = 25"C, pulse width limited bytr Tc = 25'c T" = 2s'c Po T" = 25"C T, T,,_ ls < ld, dildt s 100 A/Bs. Voo < Vo!s, \ < 150"C, Rn = 2 o t 1.6 mm (0.062 in.) l.om case lor 10 s M. Mounting torque Wslght MaxlmsmRatings 6m 600 i20 t30 15 A NA @A 80A 154 20A -55.., +'150 150-55... +'150 1.1310 NrMb.in. ro-204 =18g,fo-247 =69 TO-247 AO (rxfh) TO-m4 AE 0XFM) G=Gale, D=Orain. S = Source, TAB = Orain F atureg. nternationalstandard packages. Low Ros b,r. HOMOS7M process Ruoged polysilicon gale cell struclure. Unclamped nduclive Switching (UlS) rated. Low package inductance - easy to drive and lo protect. Fast intrinsic Rectilier Symbol l-. lo"" TeslCondltlons CharactsrlslicValues OJ 25'C, unless olherwise specified) - typ. max. vcs = 0v, lo=25osa 600 Vo" =Vo", lo=4ma 2.0 4.5 Vo" = t2o Vo., vo" = o TJ= 25rc TJ : 125oC R*.t Va" =10V, lo=o.s'lox Pulse test, s 300 us, duty cycle d < 2 % XYS resenes the right lo chånge limits, tsst cond rons, and dimensions cl.214 tloo na 250!A 1mA 050 c] 0.35 cl Appllcatlons. OC-DC convefters. Synchronous rectitication. Battery chargers. Switched-mode and resonant-mode pow rsupples. DC choppers. AC motorcontrol. Temperature and lighting conkols. Lowvoltage relays Advantrgss. Easy to mount with 1 screw OO-247) (isolated mounting screw hole). Space savings. High powerdensily 91526E (4/99) @ 2000 XYS All rights reserved
Lf XYS txfh XFM XFH 2ON6O XFM 2ON6O Symbol TeslCondilions Characterlstic Values (T, = 25'C, unless otnerwise specified) typ. mar. AD (XFH) Outlino 9,. Vos = 10V; lo = 0.5. 10,6, pulse test r, tr ) """ =.",r""=25v,r= 1 MHz Vss = 10 V, Vos = 0.5. Voss, ld = 0.5. lo,5 Ro=2o(Exiernal) pf pf pf 40 ns 60 ns 90 ns 60 ns Qn"" oe. o* E ) "." Source-Drain Dlode Symbol TesiConditions = lov,vos=os.voss, ro=0.5.ro,, Repetitive; pulsewidth limited by TrM 170 nc 40 nc A5 nc o.42 KtW CharacteristlcValues (l = 25'C, unless otherwise specified) min,,typ.rmax, 154 20A 604 804 Dim Millifi6l6r B c D J K 981 2032 0 740 o 400 r0 8021.46 0 819 0 845 575 16 26 3 55 3.65 0.610 0 640 0 140 0 144 4.32 5.49 0 170 0216 54 6.2 0212 0 244 165 2-13. 45 0 065 0.084 ' o 177 10 1-4 0 040 0 055 106 11.0 0.4260.433 L 47 53 0.4 0 0.185 0.209 o 016 0 03r N 1.5 2.49 0 087 0 102 AE (XFM) Outline Pulse tesl, t < 300 Fs, duty cycle d<2"/" 1.5 V 1., 250 ns 400 ns a"u -dildl = 100 Nps, TJ = 25'c U ;rc T, = 25"c T. = 125'C Dim. Millimel r c al 38 61 39 12. 22 22 640 11,40 r60 1_s201540-0.E75 o 252 0_449 0 057 0 063 E 152 3.43 0.0600 135 10.15 ESC 1-r87 BSC to 67 52l '11 17 5.71 0 420 0 440 o 205 0 225 r6 64 1714 0 655 0 675 K r1 18 12.19 0.4400 480 3 84 4.r 9 2516 2666 0151 0_165 0.99! 1.050 O 2000XYS A rights rxys MoSFETS and rgbts äg cover.d by on or nore ol rhe lolowlno us parone 4,335,592 4,6Ar,r06 5,017,504 5,049,96r 5.1A7,1r7 5,4A5,715 4,350,072 4,93r,344 5,03.,796 5,063,307 5,2C7,4A1 5 3Ar,025 reserved c1-215
Lf XYS lxfh XFH lxfm XFM Fig. 1 Outpul Characteristics Fig. 2 nput AdmittancE E30 <20 TJ - 25'C z v t z- -4 a?n 1o 15'C 0 5 10 15 Vos. Volts n 0 1 2 3 4 5 6 7 8 10 Vcs - Volts E e z d t 1.40 1.35 1.30 1.25 1.20 1.15 1.10 1.05 'r.00 0.95 Fig. 3 Ros{_) vs. Drain Current T. = 25"C /. -4.z --r.4 0.90 0 5 r0 1520 2530 /// R A z n 2.fi 2.25 2-00 1.75 1.50 1.25 1.00 o.75 Fig. 4 Temperaturo Dependenca of Drain o Sourcs Flesistance 0.50-50 -25 0 25 50 75 too 125 150 to - Amp6res TJ - Degregs C Fig. 5 Drain Current vs. Cass Temperature Fig.6 Tempsrature Dspondsnce ol Breakdown and Threshold Voltage 1.2 E g a lon6( \ \ \ 0 25 50 75 100 125 150 R.! E z d a 1.1 1.0 0.9 0.8 o.7 0.6 0.5 -s0-25 0 25 50 7s 100 125 150 Tc - Degrees C TJ - O grees C c1. 216 @2000 XYS Allrights reserved
LTXYS Fig.7 Gate Charge Characteristic Curve txfh XFH XFM XFM 2ON6O Fig.8 Forward Bias Safo Operating Area b(r) 10 6 7 5 3 *l 10.8!1 1 0 0 20 40 60 80 100 120 '1,10 Gate Charge - ncoulomhs Vos - Volts Fig.g Capacitance Curves 4500 40@ 3500? sooo 2s00 5 2000 ö 15@ (-) 1000 500 0 c,, "- c". 't0 15 VcE. Volis Fig.10 Transient Thermal lmpedance = P å o.t (E E oor 0.001 L 0.00001 0.01 Pulse Width - Seconds 0.1 @ 2000 XYS Allrights reserved c1-217
S - 8t, 3 lj.o 1-e.nlJr',. lt, 20ö -reh,; glel{.6n ii ka,, Lo^Fu^n4t 0) RetKAtsuT -/i tr*ä vä t l-3 ka/to /c;.i c, -f; htarä q K^./t o /otluha./oilur 5-, /e A/-i'nä' 2,, irö;rio tzl l1 rr ft
S-Sl,3ttO TEK Ten/'/" /5'/2'7ooc fqailtnr"t 2(3) i _.. _l_:, L, c,l.. -K.ana^'$tahTiid' Ko"' ^..å;"#71; tr" koe,rn,1ti"]t i)')" JruJ:en 12.'^:lehe;a/ ftan^ahl t,\'rrn'o, itj lu^oa"ay' t'c o" / a /c/cth1' Kon--lrinltV;;'*' f t L# 7år/å ra /traltun" 1 &-^ ir(t,o). o A t'k= i# E./ L oo* *"' x fo Kon^^Jnt''lt. /oflnl, ltt^..', '> 304 i åc**"o. cle lnl:'^ *.al'svr,.*. milci ;;;;;'t; ilo^r:n *.*n totp^tttct"a'1 t E L 282nH tav /e,
S-st.3tro TE K Te,',//-i / t. /2, 2ö09 Rr"//rairot 3(s) rl '7 F o. *a.,! - A c'l ln': l.t t, L/L /z;-in lar2< jano 2 r=*0"-_ 7or Palnz^ V;,1^& f.= 2op i" 4on' 2'f Taltt; *hde LehAJ )å^^rh.i 1ot)1i:ina Tallrit a)k ^a E-uo, = t2v-lv'= ll v cp to tl y'zor"a#t.t^ (t"") --i". --- -. -.-('- -:. _r_ ), t_. -Jor-, Lo-^-^rnia -/ o/e t o't /åi l9z l.ta.\.o =,V. /(c tla r,als iaa;s on) L.na -Up2 = - lv Ltt ) S;/ea / Å,4.k)e"-'A (t-uu,)* (t*-a f ll V +.. t9,3, : t/,79 V tv --"zev :-0,2/ v (p z.z %) å A le'.e-.a Auo F