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In diesem Artikel wird ein neu entwickeltes Werkzeug zur Dimensionierung von Bonddrähten im ASIC-Entwurf vorgestellt. Die Berücksichtigung aller Einflussfaktoren erlaubt eine gegenüber Handrechnungen optimierte Auslegung der Bondanordnung. Dies ermöglicht zum einen die Absicherung gegen Degradationseffekte bis hin zum Durchbrennen und garantiert so die Zuverlässigkeit über die gesamte Lebensdauer. Zum anderen wird eine aus Zuverlässigkeitserwägungen resultierende Überdimensionierung vermieden.
Das Werkzeug erlaubt die Kalkulation aller für die Auslegung von Bonddrähten relevanten Parameter. Je nach Kontext der Aufgabenstellung lassen sich die Stromtragfähigkeit für Dauerstrom oder Pulsstrombelastung, kritische Temperaturen oder die maximale Bonddrahtlänge als Ausgabegrößen berechnen. Durch diese Flexibilität und die benutzerfreundliche Integration in eine industrielle Entwicklungsumgebung ist der „Bond-Rechner“ im gesamten Entwurfsverlauf einsetzbar und leistet wertvolle Hilfestellung von ersten Abschätzungen in frühen Entwurfsphasen bis hin zur abschließenden Verifikation.
Dieses Handbuch vermittelt die notwendigen EMV-Maßnahmen - von der Planungsphase bis zur Fertigstellung und CE-Kennzeichnung, vom Gerät bis zur großflächigen ortsfesten Anlage. Der Schwerpunkt des Buches liegt in der Berücksichtigung technischer und gesetzlicher Anforderungen und deren wirtschaftlicher Umsetzung zur Sicherstellung der EMV. Es ist als praxisorientierte Hilfestellung in der täglichen Arbeit gedacht unter Berücksichtigung des aktuellen Standes der Normung.
Einführend werden die Grundlagen der EMV behandelt. Es folgen EMV-Grundmaßnahmen wie Massung, Erdung, Potentialausgleich, Filterung, Schirmung und Verkabelung. Mit der EMV-Planung wird eine Methodik zur Sicherstellung der EMV vorgestellt. Aufgezeigt werden besonders die EMV Maßnahmen in Gebäuden und Anlagen.
Den Übergang zu Gesetzgebung und zur Normung für die CE-Kennzeichnung stellen die normativen Anforderungen an Geräte dar. Anwendungsbeispiele zu drehzahlveränderlichen Antrieben, zu Bahnfahrzeugen und zu anwendungsneutralen Kommunikationskabelanlagen vertiefen die EMV-Maßnahmen. Die Thematik "EMV & Funktionale Sicherheit" rundet das Werk ab.
IGBT modules with anti-parallel FWDs are widely used in inductive load switching power applications, such as motor drive applications. Nowadays there is a continuous effort to increase the efficiency of such systems by decreasing their switching losses. This paper addresses the problems arising in the turn-on process of an IGBT working in hard-switching conditions. A method is proposed which achieves – contrary to most other approaches – a high switching speed and, at the same time, a low peak reverse-recovery current. This is done by applying an improved gate current waveform that is briefly lowered during the turn-on process. The proposed method achieves low switching losses. Its effectiveness is demonstrated by experimental results with IGBT modules for 600V and 1200V.
An experimental study of a zero voltage switching SiC boost converter with an active snubber network
(2015)
This paper presents a quasi-resonant, zero voltage switching (ZVS) SiC boost converter for an output power of up to 10 kW. The converter is realized with an easily controllable active snubber network that allows a reduction of switching losses by minimizing the voltage stress applied to the active switch. With this approach, an increase of the switching frequency is possible, allowing a reduction of the system size. Experiments show a maximum converter efficiency up to 99.2% for a switching frequency of 100 kHz. A second version of the converter enables a further size reduction by increasing the switching frequency to 300 kHz while still reaching a high efficiency up to 98.4 %.
Eine neue Methode zur Berechnung von Temperaturen in Bonddrähten umgeben von einem endlichen Mold wird vorgestellt. Sie ist schneller als die übliche Finite Elemente-Methode (FEM), während sie vergleichbare Resultate produziert. Für manche Parameter funktioniert unsere Methode, während die FEM-Methode versagt. Der Algorithmus ist im sogenannten Bondrechner implementiert, der eine leicht zu benutzende Oberfläche für Designer von mikroelektronischen Systemen bereitstellt. Seine Anwendung hat das Potential, die Zuverlässigkeit von Bonddrähten zu verbessern. Ein nichtidealer Parameter für den Wärmetransfer vom Bonddraht zum Mold-Package wurde ebenfalls berücksichtigt. Dieser Parameter ändert sich wahrscheinlich unter Alterseinflüssen und ist daher sehr wichtig für Zuverlässigkeits-Schätzungen. In unserer Methode wird die Wechselwirkung von Nachbardrähten ebenfalls berücksichtigt. Diese wird immer wichtiger, weil der Durchmesser und der wechselseitige Abstand der Bonddrähte sich verringert, wegen der fortschreitenden Miniaturisierung der Chip-Verpackungen. Unser Programm kann ebenfalls Temperaturen für transiente Ströme berechnen und den Strom berechnen, der zu einer gegebenen Maximaltemperatur gehört.
DC-DC-converters are used in many different applications. Specifying the switching frequency is the most important parameter to calculate component costs and required space. Especially automotive applications of small brushed- or brushless dc-motors and the increasing number of DC-DC-converters have high requirements on the structual space (low box volume). This is of particular importance for automotive converters for the new 48 V board net. Multiplying the frequency by two will reduce the size of the power inductor by half at a given specification for output-voltage ripple. Smaller power inductors result in reduced losses due to smaller series resistance and parasitic capacitance. Furthermore a larger switching frequency decreases the size of the DC link capacitors. The circuit will get more idealized. However, as the switching losses increase with frequency, a DC-DC-converter can only benefit from these advantages if the switching behavior can be improved.
This paper presents an optimization method to increase switching slope and switching frequency of a 3.6 kW 3-phase step-up converter by separating the design and layout process into two parts. The first part is the power stage which carries the load current. It contains the power inductance and the drain-source-channel of the power MOSFETs. The second part is the driver circuit which contains the driver ICs, the gate resistor and the gate input impedance. While the switching slope was measured to be improved by 50 % , the switching time decreased by 20 %. Hence, the switching frequency of the step-up converter could be increased from 100 kHz to 200 kHz without loss increase. By mounting the driver ICs in a piggyback configuration in close proximity to the power stage, the parasitics could be further reduced significantly and 500 kHz switching frequency could be achieved with 97.5 % efficiency.
Dezentrale Stromerzeugungsanlagen, Energiespeicher und Steuerungseinrichtungen für Erzeuger und Verbraucher sind die Grundbausteine eines virtuellen Kraftwerks, welches im Stromnetz der Zukunft, dem Smart Grid, eine wichtige Rolle spielt. Im Rahmen des Demonstrationsprojekts Virtuelles Kraftwerk Neckar-Alb soll an der Hochschule Reutlingen eine Demonstrationsanlage aufgebaut werden, die diese Grundbausteine vernetzt und funktional integriert. Damit entsteht eine flexible Testumgebung für Forschung und Lehre, in der sich das Zusammenspiel der Komponenten untersuchen lässt. Zudem wird eine Besichtigungsmöglichkeit für interessierte Unternehmen geschaffen. Damit sollen Akzeptanz und Verständnis für die Thematik gefördert werden.
The increasing slew rate of modern power switches can increase the efficiency and reduce the size of power electronic applications. This requires a fast and robust signal transmission to the gate driver of the high-side switch. This work proposes a galvanically isolated capacitive signal transmission circuit to increase common mode transient immunity (CMTI). An additional signal path is introduced to significantly improve the transmission robustness for small duty cycles to assure a safe turn-off of the power switch. To limit the input voltage range at the comparator on the secondary side during fast high-side transitions, a clamping structure is implemented. A comparison between a conventional and the proposed signal transmission is performed using transistor level simulations. A propagation delay of about 2 ns over a wide range of voltage transients of up to 300V/ns at input voltages up to 600V is achieved.
Die aktuellen Umbrüche in der Energiewirtschaft, hauptsächlich ausgelöst durch die zunehmende Dezentralisierung der Stromerzeugung, stellen die Energieversorgungsunternehmen (EVU) vor große Herausforderungen. Gleichzeitig steigt die Wettbewerbsintensität durch den digitalisierungsbedingten Einstieg branchenfremder Unternehmen stark an. Die technologischen, gesellschaftlichen, politischen und wirtschaftlichen Trends und Entwicklungen deuten darüber hinaus darauf hin, dass sich Tempo und Ausmaß dieses Umbruchs in Zukunft noch verstärken werden. EVU sehen sich demnach wachsenden Anforderungen hinsichtlich Energieeffizienz, Integration von erneuerbaren Energien und Kundenbedürfnissen gegenüber, die teilweise disruptive Anpassungen in Strategie und Geschäftsmodellen erforderlich machen. Die zu beantwortende Frage hierbei ist: Wie können innovative Geschäftsmodelle entwickelt und umgesetzt werden?
This paper addresses the turn-on switching process of insulated-gate bipolar transistor (IGBT) modules with anti-parallel free-wheeling diodes (FWD) used in inductive load switching power applications. An increase in efficiency, i.e. decrease in switching losses, calls for a fast switching process of the IGBT, but this commonly implies high values of the reverse-recovery current overshoot. To overcome this undesired behaviour, a solution was proposed which achieves an independent control of the collector current slope and peak reverse recovery current by applying a gate current that is briefly turned negative during the turn-on process. The feasibility of this approach has already been shown, however, a sophisticated control method is required for applying it in applications with varying currents, temperature and device parameters. In this paper a solution based on an adaptive, iterative closed-loop ontrol is proposed. Its effectiveness is demonstrated by experimental results from a 1200 V/200A IGBT power module for different load currents and reverse-recovery current overshoots.