Gehäuse
Beispiele
diskrete Bauelemente (TO-Familie)
Module
Scheibenzellen
Anforderungen an Aufbautechnik
hohe Zuverlässigkeit, d.h. lange Lebensdauer und hohe Lastzyklenfestigkeit,
geringe unerwünschte parasitäre elektrische Eigenschaften,
bei Modulen: hohe Anforderungen an die dielektrische Isolation.
Anforderungen an Gehäusebauform
Zuführung von Laststrom und Steuersignalen
Wärmeabführung
Kapselung der Halbleiter (Chips, Dies) gegen Umwelteinflüsse
Verwendung
Vorteile
Nachteile
bei Leistungsdioden, Thyristoren, GTO, GCT
kompakter Aufbau, beidseitig kühlbar, keine Bonddrähte (hohe Zuverlässigkeit)
keine elektrische Isolation, hoher Montageaufwand
diskrete Bauelemente
prinzipieller Aufbau
bei Leistungsdioden, Thyristoren, Transistoren, MOSFETs, IGBTs
Chip-Kontaktierung erfolgt über die Kupferbodenplatte
Source, Emitter und Gate werden über Bonddrähte kontaktiert
Aufbau (Funktion)
durch DCB-Aufbauten ist ein isolierter Aufbau mehrerer Chips möglich
mehrere Chips parallel; unterschiedliche Chips; Temperatursensoren, Gatesteuerschaltungen und Kontrolleinheiten möglich
Keramik als Isolator, Cu-Keramik-Cu System (Direct-Copper-Bonding)
MOSFET vs. IGBT
MOSFET:
schnell
hohe Schaltfrequenz
eher niedrigere Spannung
geringe Schaltverluste
IGBT:
hohe Spannung und hohe Leistung
geringe Durchlassverluste
langsamer
höhere Ausschaltverluste
BCM
CCM
DCM
BCM: Boundary Conduction Mode
iL berührt genau 0
CCM: Continuous Conduction Mode
iL bleibt immer > 0
DCM: Discontinuous Conduction Mode
iL = 0 für eine bestimmte Zeit
Gate-Rückwirkung
Verhalten beim Ein- und Ausschalten
verantwortliche Komponenten
Einschalten: induktive Gate-Rückwirkung
Ausschalten: kapazitive Gate-Rückwirkung
Miller Kapazität (Gate-Drain Kapazität) und Bondungsinduktivität
Thermisches Verhalten (Entwärmung)
elektrische und thermodynamische Größen
Zweck thermisches ESB (Modelle)
Elektrische Größe
Thermodynamische Größe
Spannung (U) in V
Temperaturdifferenz ∆ϑ in K
Strom (I) in A
Wärmestrom P in W
Ladung (Q) in As
thermische Energie (Q_{th}) in J
Widerstand (R) in (\Omega)
Wärmewiderstand (R_{th}) in K/W
Kapazität (C) in F
thermische Kapazität (C_{th}) in J/K
elektrisches Potential (\varphi) in V
absolute Temperatur (\vartheta) in °C oder K
Thermisches Verhalten wird durch ein elektrisches Ersatzschaltbild beschrieben. Dadurch kann man Wärmeströme, Temperaturdifferenzen und Wärmewiderstände ähnlich behandeln wie Ströme, Spannungen und Widerstände.
Modelle: Foster und Cauer
Lückender Betrieb / nicht lückender Betrieb (Pro und Contra)
lückend:
kleinere Drossel möglich, zeitweise kein Drosselstrom
höhere Spitzenströme, größere Stromwelligkeit
nicht-lückend:
kleinere Stromwelligkeit, geringere Spitzenströme
größere Drossel nötig, bei kleiner Last evtl. schlechteter n
Großsignalverhalten (Tiefsetzsteller und Hochsetzsteller)
Kleinsignalverhalten
Verfahren der Sinusspannungs-Generierung
Blockmodulation mit Phasenanschnitt
PWM
PFM
Toleranzbandmethode/Freies Pulsen
Raumzeigermodulation
Blockierrichtung vs. Sperrichtung
Dreisegmentschalter (Beispiele)
Segmentschalter (Arten)
Spannungzeitflächengleichgewicht
ist der wichtigste Ansatz zur Herleitung des Großsignalverhaltens von DC-DC-Wandlern im stationären, nicht-lückenden Betrieb
Was die Drossel während der Einschaltphase an Strom aufbaut, muss sie während der Ausschaltphase wieder abbauen.
Wann ist ein Bauteil eingeschwungen?
Der Drosselstrom hat nach einer Schaltperiode wieder denselben Wert wie vorher.
Im stationär eingeschwungenen Zustand tritt kein Gleichspannungsabfall über der Glättungsinduktivität auf
t ≈ 3tau bis 5tau
1tau ≈ 63% des Endwerts
3tau ≈ 95% des Endwerts
5tau ≈ 99% des Endwerts
Filterauslegung (Tiefsetzsteller)
Was macht L und C?
Was bedeutet in dem Zusammenhang Optimierung? (+Maßnahmen)
Die Drossel L glättet den Strom, der Kondensator C glättet die Ausgangsspannung.
L kleiner machen (wenn man einen größeren Stromrippel zulässt)
höhere Schaltfrequenz
Betrieb nahe BCM
größerer Ausgangskondensator
Wechselrichterhalbbrücke
Aufbau/Funktion
Welche Spannungszustände?
zwei Schalter die antiparallel geschaltet sind
Spannungszustände: +Uz, 0, -Uz
Wie ist die Diode beim Sperrwandler anzuordnen?
So das die Diode erst in der Entmagnetisierungsphase leitet
(bei eingeschaltetem Schalter sperrt und bei ausgeschaltetem Schalter leitet)
Inverter
Sepic
für Power-Factor-Correction
Zeta-Wandler
DC-DC-Wandler Struktur
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