Материал: BUT33REV

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MOTOROLA

SEMICONDUCTOR TECHNICAL DATA

Order this document by BUT33/D

Designer's Data Sheet

SWITCHMODE Series

NPN Silicon Power Darlington Transistors with Base-Emitter Speedup Diode

The BUT33 Darlington transistor is designed for high±voltage, high±speed, power switching in inductive circuits where fall time is critical. They are particularly suited for line operated SWITCHMODE applications such as:

AC and DC Motor Controls

Switching Regulators

Inverters

Solenoid and Relay Drivers

Fast Turn Off Times

800 ns Inductive Fall Time at 25_C (Typ)

2.0μs Inductive Storage Time at 25_C (Typ)

Operating Temperature Range ±65 to 200_C

≈ 100

≈ 16

BUT33

56 AMPERES

NPN SILICON

POWER DARLINGTON

TRANSISTOR

600 VOLTS

250 WATTS

CASE 197A±05

TO±204AE

(TO±3)

MAXIMUM RATINGS

Rating

Symbol

BUT33

Unit

 

 

 

 

Collector±Emitter Voltage

VCEO(sus)

400

Vdc

Collector±Emitter Voltage

VCEV

600

Vdc

Emitter Base Voltage

VEB

10

Vdc

Collector Current Ð Continuous

IC

56

Adc

Collector Current Ð Peak (1)

ICM

75

 

Base Current Ð Continuous

IB

12

Adc

Base Current Ð Peak (1)

IBM

15

 

Free Wheel Diode Forward Current Ð Continuous

IF

56

Adc

Free Wheel Diode Forward Current Ð Peak

IFM

75

 

Total Power Dissipation @ TC = 25_C

PD

250

Watts

@ TC = 100_C

 

140

 

Derate above 25_C

 

 

_

 

 

 

W/ C

Operating and Storage Junction Temperature Range

TJ, Tstg

± 65 to +200

_C

THERMAL CHARACTERISTICS

Characteristic

Symbol

Max

Unit

 

 

 

 

Thermal Resistance, Junction to Case

RqJC

0.7

_C/W

Maximum Lead Temperature for Soldering Purpose

TL

275

_C

1/8″ from Case for 5 Seconds

 

 

 

 

 

 

 

(1) Pulse Test: Pulse Width = 5 ms, Duty Cycle x10%.

 

 

 

Designer's and SWITCHMODE are trademarks of Motorola, Inc.

 

 

 

Designer's Data for ªWorst Caseº Conditions Ð The Designer 's Data Sheet permits the design of most circuits entirely from the information presented. SOA Limit curves Ð representing boundaries on device characteristics Ð are given to facilitate ªworst caseº design.

REV 7

Motorola, Inc. 1995

BUT33

ELECTRICAL CHARACTERISTICS (TC = 25_C unless otherwise noted)

 

Characteristic

Symbol

Min

Typ

Max

Unit

 

 

 

 

 

 

 

 

OFF CHARACTERISTICS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Collector±Emitter Sustaining Voltage (Table 1)

VCEO(sus)

400

Ð

Ð

Vdc

(IC = 100 mA, IB = 0)

 

 

 

 

 

 

Collector Cutoff Current

 

ICEV

 

 

 

mAdc

(VCEV = Rated Value, VBE(off) = 1.5 Vdc)

 

Ð

Ð

0.2

 

(VCEV = Rated Value, VBE(off) = 1.5 Vdc, TC = 100_C)

 

Ð

Ð

4.0

 

Emitter Cutoff Current

 

IEBO

Ð

Ð

350

mAdc

(VEB = 20 V, IC = 0)

 

 

 

 

 

 

SECOND BREAKDOWN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Second Breakdown Collector Current with base forward biased

IS/b

 

See Figure 16

 

Clamped Inductive SOA with Base Reverse Biased

RBSOA

 

See Figure 17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ON CHARACTERISTICS (1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DC Current Gain

 

 

hFE

 

Ð

Ð

 

(IC = 20 A, VCE = 5 V)

 

 

30

 

(IC = 36 A, VCE = 5 V)

 

 

20

Ð

Ð

 

Collector±Emitter Saturation Voltage

 

VCE(sat)

 

 

 

Vdc

(IC = 20 A, IB = 1 A)

 

 

Ð

Ð

2.0

 

(IC = 36 A, IB = 3.6 A)

 

 

Ð

Ð

2.5

 

(IC = 44 A, IB = 4.4 A)

 

 

Ð

Ð

3.0

 

(IC = 56 A, IB = 11.2 A)

 

 

Ð

Ð

5.0

 

Base±Emitter Saturation Voltage

 

VBE(sat)

 

 

 

Vdc

(IC = 20 A, IB = 1 A)

 

 

Ð

Ð

2.5

 

(IC = 36 A, IB = 3.6 A)

 

 

Ð

Ð

2.9

 

(IC = 44 A, IB = 4.4 A)

 

 

Ð

Ð

3.3

 

Diode Forward Voltage

 

Vf

Ð

Ð

4.0

Vdc

(IF = 44 A)

 

 

 

 

 

 

 

SWITCHING CHARACTERISTICS

 

 

 

 

 

 

Inductive Load Clamped (Table 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Storage Time

TC = 25_C

IC = 36 A

ts

Ð

2.0

3.3

μs

Fall Time

 

IB = 3.6 A

tf

Ð

0.8

1.6

μs

Storage Time

 

See Table 1

ts

Ð

2.2

Ð

μs

Fall Time

TC = 100_C

VBE(off) = 5 V

t

Ð

0.8

Ð

μs

 

 

 

f

 

 

 

 

(1) Pulse Test: PW = 300 μs, Duty Cycle x 2%.

 

 

 

 

 

2

Motorola Bipolar Power Transistor Device Data

BUT33

TYPICAL CHARACTERISTICS

 

400

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(VOLTS)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

200

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CURRENT GAIN

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VOLTAGE

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

IC = 40 A

 

 

, DC

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

COLLECTOR±EMITTER,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IC = 20 A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

FE

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

3

TC = 25°C

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

VCE = 5.0 V

 

 

 

 

 

 

 

 

TC = 25°C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CE

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

3

4

6

10

20

30

40

60

V

0.2

0.3

0.5

1

2

3

5

7

10

 

1

 

0.1

 

 

 

IC, COLLECTOR CURRENT (AMPS)

 

 

 

 

 

 

 

IB, BASE CURRENT (AMPS)

 

 

 

 

Figure 1. DC Current Gain

Figure 2. Collector Saturation Region

(VOLTS)

2.5

TC = 25°C

 

 

 

 

 

 

VOLTAGE

2.2

IC/IB = 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.9

 

 

 

 

 

 

 

 

COLLECTOR±EMITTER

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3

 

 

 

 

 

 

 

 

1.0

 

 

 

 

 

 

 

 

0.7

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CE

0.4

 

 

 

 

 

 

 

 

V

2

3

5

7

10

20

30

50

 

1

IC, COLLECTOR CURRENT (AMPS)

Figure 3. Collector±Emitter Saturation Voltage

(VOLTS)

3.2

TC = 25°C

 

 

 

 

 

 

2.8

IC/IB = 10

 

 

 

 

 

 

 

VOLTAGE

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, BASE±EMITTER

2.2

 

 

 

 

 

 

 

 

1.9

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BE

1.3

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.0

2

3

5

7

10

20

30

50

 

1

IC, COLLECTOR CURRENT (AMPS)

Figure 4. Base±Emitter Voltage

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EFFECTIVE TRANSIENT THERMAL

 

0.7

D = 0.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RESISTANCE (NORMALIZED)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.3

0.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.2

0.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P(pk)

 

 

 

 

0.1

0.05

 

 

 

 

 

 

 

RθJC(t) = r(t) RθJC

 

 

 

 

 

 

 

0.07

 

 

 

 

 

 

 

RθJC(t) = 1.17°C/W MAX

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.05

0.02

 

 

 

 

 

 

 

D CURVES APPLY FOR POWER

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PULSE TRAIN SHOWN

 

 

t1

 

 

 

 

 

 

0.01

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.03

 

 

 

 

 

 

 

READ TIME AT t1

 

 

 

t2

 

 

 

SINGLE PULSE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.02

 

 

 

 

 

 

 

TJ(pk) ± TC = P(pk) RθJC(t)

 

 

DUTY CYCLE, D = t /t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r(t),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.01

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.01

0.02 0.03

0.05

0.1

0.2

0.3

0.5

1

2

3

5

10

20

30

50

100

200

300

500

1000

t, TIME (ms)

Figure 5. Thermal Response

Motorola Bipolar Power Transistor Device Data

3

BUT33

Table 1. Test Conditions for Dynamic Performance

INPUT CONDITIONS

VALUES

CIRCUIT TEST CIRCUITS

 

 

VCEO(sus)

 

 

 

RBSOA AND INDUCTIVE SWITCHING

 

 

 

 

 

TEST CIRCUIT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

for

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+10 V

 

FREE±WHEEL

 

 

 

20 Ω

 

 

 

 

 

22 μF

 

 

 

 

 

DIODE

 

 

 

 

 

 

33

D1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2N6438

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 W

160

D3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 V

 

 

 

 

 

 

 

 

MR854

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

220

100

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MM3735

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

680 pF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

Ib1 ADJUST

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D1 D2 D3 D4

1N4934

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

μF

I

 

ADJUST

 

DRIVER

 

VD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PULSES

 

680 pF

 

 

 

b2

 

 

 

 

 

 

PW Varied to Attain

 

22

 

 

dTb ADJUST

 

 

 

 

 

δ = 3%

2N3763

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dT

 

 

 

 

 

 

IC = 100 mA

 

 

 

 

D4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

680 pF

100

 

 

 

 

MR854

 

 

 

ID

 

 

 

 

 

160

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D3

 

2N6339

 

 

 

 

 

±

 

Lcoil = 10 mH, VCC = 10 V

Lcoil = 180 μH

2 W

22 μF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VCC

 

 

 

 

R

coil

= 0.7 Ω

R

coil

= 0.05 Ω

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vclamp = VCEO(sus)

VCC = 10 V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

up to

 

 

INDUCTIVE TEST CIRCUIT

OUTPUT WAVEFORMS

 

 

t1 Adjusted to

 

 

 

50 V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TUT

 

 

 

IC

 

tf Clamped

 

 

Obtain IC

 

 

 

 

 

 

 

 

Rcoil

ICM

 

 

 

 

 

Lcoil (ICM)

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

t1 [

 

CRONETICS

 

 

 

 

 

1N4937

 

 

t1

tf

t

 

 

 

V

510

VD

 

 

INPUT

OR

 

Lcoil

 

 

 

 

 

CC

PG130

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lcoil (ICM)

up to

 

 

 

SEE ABOVE FOR

EQUIVALENT

 

 

 

 

 

 

t2 [

 

50 V

5 μs

 

DETAILED CONDITIONS

Vclamp

 

VCC

VCE VCEM

 

Vclamp

 

 

 

Vclamp

 

 

1%

ID

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

RS =

 

 

 

 

t

 

 

Test Equipment

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t2

 

 

Scope Ð Tektronix

 

 

 

 

 

 

 

0.1 Ω

 

 

TIME

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

475 or Equivalent

 

 

 

 

t, TIME ( μs)

t, TIME ( μs)

15

10

5

3

2

1

0.5

0.3

0.2

0.1

10

8

6

5

4

3

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

TC = 25°C

 

 

 

 

 

 

 

 

TC = 25°C

 

4

 

σ tF = 200 ns

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

I

/I = 20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IC/IB = 5

 

 

 

IC = 20 A σ t

S

= 400 ns

 

 

tS

C B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IC = 50 A

 

 

 

 

 

 

(μs)

1

 

 

 

 

 

 

 

10 V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VBE(off) = 5 V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t, TIME

 

 

 

 

 

 

 

 

40°C

 

 

 

 

 

 

0.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IC = 25 A

 

 

 

 

 

0.2

 

 

 

VBE(off) = 5 V

 

10 V

IC/IB

= 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.1

 

 

 

 

 

 

 

tF

 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

2

 

3

5

7

10

20

30

50

 

 

 

 

 

 

Ib2/Ib1

 

 

 

 

 

 

 

 

IC, COLLECTOR CURRENT (AMPS)

 

 

 

Figure 6. Fall Time versus IB2/IB1

 

 

 

 

Figure 7. Turn±Off Time versus IC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

TC = 25°C

 

 

 

 

 

 

I

= 25 A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IC/IB = 5

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IC = 25 A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

μs)

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IC = 50 A

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TIME

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

IC = 50 A

 

 

 

 

 

 

 

 

TC = 25°C

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

I = 10 A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VBE(off) = 5 V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

βf, FORCED GAIN

 

 

 

 

 

 

 

 

Ib2/Ib1

 

 

 

 

 

Figure 8. Storage Time versus Forced Gain

 

 

 

Figure 9. Storage Time versus Ib2/Ib1

 

 

4

Motorola Bipolar Power Transistor Device Data

BUT33

FREE±WHEEL DIODE CHARACTERISTICS

 

 

I

 

 

 

 

di/dt = 25 A/μs

 

 

 

 

IFM

 

(AMPS)

 

 

25 IRM

 

 

 

 

 

1

Id

trr

t

CURRENT

 

 

IRM

 

EMITTER,

0

 

 

 

VD

DYN

 

 

 

 

10 (VDYN VFM)

 

 

 

 

VFM

 

 

E

 

 

 

I

 

TFR

 

 

 

Figure 10. Free Wheel Diode Measurements

50

±σ + σ

40

30

20

10

 

 

 

TC = 25°C

 

0

1

2

3

4

5

0

VEC, EMITTER COLLECTOR VOLTAGE (VOLTS)

Figure 11. Forward Voltage

(VOLTS)VOLTAGEMODULATIONFORWARD,

30

 

 

 

 

 

(AMPS)CURRENTRECOVERYREVERSEPEAK

50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25

 

 

 

 

 

 

 

TC = 25°C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

40°C

 

°

 

 

10

 

 

 

 

 

dyn

0

 

 

TC = 25 C

 

RM

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

V

0

10

20

30

40

50

I

0

10

20

30

40

50

 

 

IE, EMITTER CURRENT (AMPS)

IE, EMITTER CURREMT (AMPS)

Figure 12. Forward Modulation Voltage

Figure 13. Peak Reverse Recovery Current

( μs)

2.2

TC = 25°C

 

 

 

 

TIME

2.0

 

 

 

 

 

RECOVERY

1.8

 

 

 

 

 

1.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

FORWARD

1.4

 

 

 

 

 

1.2

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

FR

1.0

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

0.8

10

20

30

40

50

 

0

 

15

 

 

 

 

 

 

 

μs)

10

T

C

= 25°C

 

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

TIME

7

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

RECOVERY

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

,REVERSE

1

 

 

 

 

 

 

 

0.7

 

 

 

 

 

 

 

RR

 

 

 

 

 

 

 

0.5

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

0.3

 

 

10

20

30

40

50

 

0

 

 

IE, EMITTER CURRENT (AMPS)

IE, EMITTER CURRENT (AMPS)

Figure 14. Forward Recovery Time

Figure 15. Reverse Recovery Time

Motorola Bipolar Power Transistor Device Data

5