Untitled - Semikron

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5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module Für die Dimensionierung steht auf der genannten Homepage auch das Berechnungsprogramm SemiSel zur Verfügung, in dem die wichtigsten Solutions bzw. Standardkühlkörper implementiert sind. 5.5.3 SKAI: Systembaugruppen für den Einsatz in Fahrzeugen Ein zu Komponenten und Solutions nächsthöherer Integrationsschritt sind Systembaugruppen, die auf einem implementierten Controller oder einem baugruppeninternen Slot dem Anwender die Möglichkeit geben, die Baugruppe mit seiner originären Steuerungssoftware zu versehen. SEMIKRON hat verschiedene derartige Baugruppenfamilien als Leistungsmodule entwickelt, deren Aufbautechnologie vor allem auf Fahrzeuganwendungen abgestimmt ist. Eine dieser Familien ist SKAI (SEMIKRON Advanced Integration), deren Funktionsumfang Bild 5.5.9 zusammenfasst. Power input Auxiliary power Power supply DC-link capacitor V T CAN bus, external I/O I DSP-Controller Driver Power part 3-Phase IGBT-Inverter Single/Dual 3-Phase MOSFET-Inverter Single/Dual (Water inlet) DC/DC-Converter Battery Charger I/T-Sensors EMI-Filter Heat sink I (Water outlet) I IP67-Case Protection Current Voltage Temperature Power output Bild 5.5.9 Funktionsumfang eines SKAI Hochvolt-SKAI sind mit 600 V- oder 1200 V-IGBT bestückt und für Motorleistungen von 100 kW bzw. 150 kW ausgelegt. In den Niedervolt-SKAI für Motorleistungen bis zu einigen 10 kW werden Leistungs-MOSFET eingesetzt. Durch ihre Konstruktion sowie Aufbau- und Verbindungstechnik sind SKAI den vielfältigen Anforderungen des automotiven Einsatzes gewachsen, wie z.B. Temperaturwechselfestigkeit, Vibrationsfestigkeit, lange Lebensdauer und kompakter Aufbau. Bild 5.5.10 zeigt Beispiele heute von <strong>Semikron</strong> gefertigter Systeme. 339
5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module 340 MOSFET- System Application Fork lifts, Electric vehicle Typical output power IGBT - System Full electric cars, Hybrid cars Multi- Converter Box Auxiliary drives for Industrial trucks < 55kVA < 250kVA < 40kVA DC-link voltage 24V - 160V 150V - 850V 450V - 850V Topology 3-Phase Single/Dual- Inverter Bild 5.5.10 Beispiele für SKAI-Systeme 5.6 Ansteuerung 3-Phase-Inverter Active Front End, Inverter and DC/DC- Converter 5.6.1 Verläufe von Gatestrom und Gatespannung Ansteuerverfahren Wie in Kap. 2.4.2.2 und 2.4.3.2 dargestellt, kann das Schaltverhalten von MOSFET- und IGBT- Modulen über die Umladegeschwindigkeit der Gatekapazität (hier gemeint: Gatekapazität = Eingangskapazität C +C ) beeinflusst werden. GS CG/DG Das Umladen der Gatekapazität kann durch Widerstandssteuerung, Spannungssteuerung oder Stromsteuerung als theoretische Grenzfälle erfolgen (Bild 5.6.1). V GG R G G E V GG a) b) c) G E Bild 5.6.1 Verfahren zur Gateansteuerung von MOSFET und IGBT [37] a) Widerstandssteuerung, b) Spannungssteuerung, c) Stromsteuerung Die Ansteuerung über einen Gatewiderstand (oder zwei getrennte Widerstände für Ein- und Ausschalten) nach Bild 5.6.1a ist die am häufigsten angewandte Variante, da sie schaltungstechnisch sehr einfach zu realisieren ist. Charakteristisches Merkmal ist die Ausbildung der Millerplateaus in der Gate-Source- bzw. Gate-Emitter-Spannung (Bild 5.6.2). Die Schaltgeschwindigkeit und -zeit wird bei konstanter Spannung V durch R eingestellt; je kleiner R , um so kürzer die Schaltzei- GG G G ten. Beim Einsatz moderner IGBT-Technologien (z.B. IGBT4) ist in bestimmten Wertebereichen des Gatevorwiderstandes zu beobachten, dass mit steigendem R das di/dt beim Ausschalten G des IGBT entgegen den Erwartungen steigt. Dieser Aspekt ist bei der Auslegung der Ansteuerung zu überprüfen (vgl. [AN4]). Nachteil der Widerstandssteuerung ist der unmittelbare Einfluss von Toleranzen der Gatekapazität des MOSFET oder IGBT auf Schaltzeiten und Schaltverluste sowie i G G E G C E
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Applikationshandbuch Leistungshalbl
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Vorwort Seit dem Erscheinen des ers
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Inhalt 1 Betriebsweise von Leistung
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3.3.1 Grenzwerte ..................
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5.2.3.4 Bauelementauswahl .........
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1 Betriebsweise von Leistungshalble
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1.2 Leistungselektronische Schalter
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AUS hart weich L K in Reihe 1 Betri
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2 Grundlagen 2 Grundlagen 2.1 Einsa
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2 Grundlagen Wichtige Ziele der Wei
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2 Grundlagen vor allem in optoelekt
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Glass passivation Anode (metallized
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I F 0.1 I F v V FRM VF 0.1 FV F t f
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2 Grundlagen Rückwärtsstrom Der
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2 Grundlagen Die Stromverstärkunge
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Hybrid auxiliary thyristor Integrat
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a) b) w N A ,N D n- + n Schottky- B
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2 Grundlagen Die Höhe der Rekombin
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D A n p 2 n p kT q k: Boltzmann
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2 Grundlagen Einschaltüberspannung
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V [V] max 1000 950 900 850 800 750
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a) b) 2 Grundlagen Bild 2.3.13 a) A
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a) b) 0 0 0 1200V I RRM Diode 150A
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2.3.3.3 Dynamische Robustheit 2 Gru
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p + p + n - Emitter + B´ - - - - -
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Symbol Bezeichnung physikalische Be
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2 Grundlagen -aktiver Arbeitsbereic
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V GG V GS(th) V GE(th) i , i D C I
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Einschalten: Schaltzeitintervall t
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2 Grundlagen Bild 2.4.9 Entwicklung
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Bild 2.4.11 Struktur eines SPT-IGBT
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2 Grundlagen Bild 2.4.13 Prinzipiel
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2 Grundlagen Das Schaltungsprinzip
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2.4.3.1 Statisches Verhalten 2 Grun
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p + n + n - p + n + n - p + n + n -
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Leistungs-MOSFET Eingangskapazität
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2 Grundlagen Ausschaltgeschwindigke
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Bild 2.4.22 Gegenüberstellung von
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2 Grundlagen Entwicklungsrichtungen
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2.5.1.3 Drahtbonden 2 Grundlagen Be
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2 Grundlagen schlüsse realisiert.
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2 Grundlagen Bodenplatte Solche Mod
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2 Grundlagen Bei den keramischen Is
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Material Wärmeleitfähigkeit l [W/
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dT(j-s) [K] 40.00 35.00 30.00 25.00
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Baseplate Baseplate Thermal Compoun
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2 Grundlagen Wärmekopplung Aufgrun
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2.5.2.3 Lastwechselfestigkeit 2 Gru
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2 Grundlagen solche Konstruktion is
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2 Grundlagen ausgesprochenen Massen
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2.5.3 Diskrete Bauelemente 2.5.3.1
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Ceramic case Pressure piece welded
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Gate terminals -Terminal +Terminal
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2 Grundlagen SEMIPONT® Ein- und Dr
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2 Grundlagen Mit 4 Gehäusegrößen
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2 Grundlagen SEMiX® Diese im gleic
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2 Grundlagen tung auf der DCB und d
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First compensating coil Sensor coil
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2 Grundlagen Bei Modulen sind die S
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2 Grundlagen MiniSKiiP IPM sind mit
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2 Grundlagen bestimmtes DT im Lastw
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Climatic chamber Tmax Tmin DUT Test
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Bild 2.7.5 Prinzipzeichnung und Fot
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2 Grundlagen Aus Bild 2.7.9 und Bil
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2 Grundlagen - Einsatz von AlN-Subs
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2 Grundlagen gen im Sekundenbereich
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2 Grundlagen der Auswertung einer V
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3 Datenblattangaben für MOSFET, IG
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3.1.3 Grenzwerte, Kennwerte 3 Daten
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0.40 K/W 0.38 0.36 0.34 0.32 0.30 0
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10000 W 1000 100 10 1 P RRM P RRM P
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200 W 150 100 50 P FAV 0 0 rec. 60
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Durchbruchspannung V (BO) bei Avala
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Haltestrom I H 3 Datenblattangaben
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I G [A] 2 1 0 2 4 6 8 10 t [µs] 3
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1000 μC 100 Q rr 10 100 A -Thyrist
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SEMiX302GB12E4s SEMiX ® 2s Trench
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Kollektor-Gleichstrom I C 3 Datenbl
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thw 2 iFS 0 dt I 2 FSM t hw 2 3
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I I ref 0.25I ref 25°C typical 25
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i (20 A / Div) C 0.2 µs / Div v (2
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[A] I F 600 500 400 300 200 100 T =
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600 [A] 450 300 150 I C T j = 175
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3.3.4.3 Höchstzulässiger sicherer
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Gate-Source-Spannung V GSS 3 Datenb
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Drain-Reststrom I DSS 3 Datenblatta
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[Fig. 10] Typische Gateladungsdiagr
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3.6.1.4 Kennwerte des SKiiP-Treiber
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TOPIN BOTIN VGE TOP VGE BOT t TD t
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High Side Betriebsspannung („floa
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4 Applikationshinweise für Thyrist
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4.1.3.5 Zündeigenschaften 4 Applik
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4.1.5 Brückengleichrichter 4 Appli
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4.2.3 Kühlkörper 4 Applikationshi
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di dt 0 L S1 VB L S2 mit V B als
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Bild 4.4.7 Primärseitige Beschaltu
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Nennausschaltvermögen I PM 4 Appli
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4.5.3 Parallelschaltung von Gleichr
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5 Applikationshinweise für IGBT- u
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VCEmax [V] 1250 1200 1150 1100 1050
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Forward Losses [W] Switching Losses
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1000 t [ns] 100 SKiiP 39 AC 12T4 V1
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- dem Laststrom (über Durchlassken
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Seite 300 und 301: 5 Applikationshinweise für IGBT- u
Seite 304 und 305: Tj Tj(av) P tp Bild 5.2.12 Temperat
Seite 306 und 307: cos(alpha) 1.5 1 0.5 -1 -1.5 rotor
Seite 308 und 309: -1 acceleration deceleration 5 Appl
Seite 310 und 311: Bild 5.2.21 Festlegung der Kühlbed
Seite 312 und 313: Bild 5.2.23 Ergebnisausgabe zu Verl
Seite 314 und 315: T Z t n th ( s a) (
Seite 318 und 319: a) b) 5 Applikationshinweise für I
Seite 320 und 321: p [Pa] 500 450 400 350 300 250 200
Seite 324 und 325: 5.3.5.1 Druckabfall und Wasservolum
Seite 326 und 327: Wasser Glykolgemische 5 Applikation
Seite 332 und 333: 5.3.7 Thermische Reihenschaltung (T
Seite 334 und 335: temperature increase (K) 40 35 30 2
Seite 338 und 339: Power Conversion (Main Function) En
Seite 346 und 347: Bild 5.5.2 SEMIKUBE Bausteinsystem
Seite 356 und 357: Schaltzeiten, Schaltverlustenergien
Seite 364 und 365: V S P 7 input 2 (BOTTOM) input 1 (T
Seite 366 und 367: Ausführung Netztrafo 50 Hz-Versorg
Seite 372 und 373: vK LK 2 RL LK 2 L L iK S1 iL S2 vS1
Seite 376 und 377: dynamic desaturation time 0.5µs/di
Seite 378 und 379: 5.7.3.1 Fehlerstromerkennung und -a
Seite 382 und 383: LESR RESR CDC-link LDC+ LDC- LSnubb
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Seite 392 und 393: C iss [nF] 25,0 24,5 24,0 23,5 23,0
Seite 396 und 397: L . LE di2 /dt E di1 /dt I . 5 Ap
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VCC SKiiP1 SKiiP2 Iout1 L min I out
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V CE Input Reference t dv / dt CE D
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5.8.2.3 Schlußfolgerungen 5 Applik
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OFF reverse blocking forward on-sta
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5.9.3.3 Schaltereigenschaften 5 App
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Eoff [mJ] 40 35 30 25 20 15 10 5 0
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switch current i [A] S switch volta
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6 Handhabung und Umweltbedingungen
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6.2.3 Biologische Umweltbedingungen
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Bild 6.2.3 Schematische Darstellung
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Material Spezifische thermische Lei
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Bezeichnung; Hersteller KU ALC-5, K
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7 Software als Dimensionierungshilf
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Literaturverzeichnis Literaturverze
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Literaturverzeichnis [38] Klotz, F.
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Literaturverzeichnis [79] Hoffmann,
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C res C rss Reverse transfer capaci
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Abkürzungsverzeichnis für SEMIKRO
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L ss l tp (l) Parasitic stray induc
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R min(CL) R P R p R s R softcharge
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T r Reference point temperature (te
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V GSS Gate-source voltage, drainsou
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