A térhatású tranzisztorok paraméterei: ami az adatlapon van írva
A teljesítményinverterek és sok más elektronikus eszköz manapság ritkán nélkülözi az erős MOSFET-eket (mezőhatás) ill IGBT tranzisztorok… Ez vonatkozik mind a nagyfrekvenciás átalakítókra, mint például a hegesztőinverterekre, mind a különféle otthoni projektekre, amelyek vázlatai az interneten találhatók.
A jelenleg gyártott teljesítmény-félvezetők paraméterei több tíz és száz amperes kapcsolási áramot tesznek lehetővé 1000 voltos feszültségig. Ezeknek az alkatrészeknek a választéka a modern elektronikai piacon meglehetősen széles, és a szükséges paraméterekkel rendelkező térhatású tranzisztor kiválasztása ma már korántsem jelent problémát, hiszen minden önmagát tisztelő gyártó egy adott típusú térhatású tranzisztort kísér. műszaki dokumentáció, amely mindig megtalálható mind a gyártó hivatalos honlapján, mind a hivatalos kereskedőknél.
Mielőtt folytatná ennek vagy annak az eszköznek a tervezését a megadott tápegység-komponensekkel, mindig tudnia kell, hogy pontosan mivel foglalkozik, különösen egy adott térhatású tranzisztor kiválasztásakor.Ebből a célból tájékoztató lapokhoz fordulnak. Az adatlap egy elektronikus alkatrészgyártó hivatalos dokumentuma, amely leírásokat, paramétereket, termékjellemzőket, jellemző diagramokat stb.
Nézzük, milyen paramétereket tüntet fel a gyártó az adatlapon, mit jelentenek és mire valók. Nézzünk egy példa adatlapot egy IRFP460LC FET-hez. Ez egy meglehetősen népszerű HEXFET teljesítménytranzisztor.
A HEXFET olyan kristályszerkezetet jelent, amelyben több ezer párhuzamosan kapcsolt, hatszögletű MOSFET-cella szerveződik egyetlen kristályba. Ez a megoldás lehetővé tette a nyitott csatorna Rds (be) ellenállásának jelentős csökkentését, és lehetővé tette a nagy áramok kapcsolását. Térjünk át azonban a közvetlenül az IRFP460LC adatlapján felsorolt paraméterek áttekintésére az International Rectifier (IR) segítségével.
Lát Fig_IRFP460LC
A dokumentum legelején a tranzisztor vázlatos képe látható, elektródáinak megnevezése: G-gate (gate), D-drain (drain), S-source (forrás), valamint fő. paraméterek vannak feltüntetve, és megkülönböztetett tulajdonságok vannak felsorolva. Ebben az esetben azt látjuk, hogy ezt az N-csatornás FET-et maximum 500 V feszültségre tervezték, a nyitott csatornás ellenállása 0,27 Ohm, a határáram pedig 20 A. A csökkentett kaputöltés lehetővé teszi ennek a komponensnek a használatát magas hőmérsékleten. frekvenciaáramkörök alacsony energiaköltséggel a kapcsolásvezérléshez. Az alábbiakban egy táblázat (1. ábra) látható a különböző paraméterek megengedett legnagyobb értékeivel különböző üzemmódokban.
-
Id @ Tc = 25 °C; Continuous Drain Current Vgs @ 10V — A maximális folyamatos, folyamatos leeresztőáram 25 °C-os FET testhőmérsékleten 20 A. 10 V kapuforrás feszültségnél.
-
Id @ Tc = 100 °C; Continuous Drain Current Vgs @ 10V — A maximális folyamatos, folyamatos leeresztőáram 100 °C-os FET testhőmérsékleten 12 A. 10 V kapuforrás feszültségnél.
-
Idm @ Tc = 25 °C; Impulzuslevezető áram – A maximális impulzus, rövid távú leeresztőáram 25 °C-os FET testhőmérsékleten 80 A. Egy elfogadható csatlakozási hőmérséklet függvényében. A 11. ábra (11. ábra) ad magyarázatot a vonatkozó összefüggésekre.
-
Pd @ Tc = 25 °C Teljesítménydisszipáció — A tranzisztorház által disszipált maximális teljesítmény 25 °C-os házhőmérséklet mellett 280 W.
-
Lineáris leértékelési tényező – A hőmérséklet minden 1°C-os növekedése esetén további 2,2 watttal nő a disszipáció.
-
Vgs Kapu-forrás feszültség - A maximális kapu-forrás feszültség nem lehet magasabb +30V-nál vagy -30V alatt.
-
Eas Single Pulse Avalanche Energy — Egyetlen impulzus maximális energiája a csatornában 960 mJ. A magyarázatot az ábra tartalmazza. 12 (12. ábra).
-
Iar lavinaáram — A maximális megszakító áram 20 A.
-
A fül ismétlődő lavina energiája – A csatornában ismétlődő impulzusok maximális energiája nem haladhatja meg a 28 mJ-t (impulzusonként).
-
dv / dt csúcsdióda helyreállítás dv / dt — A leeresztő feszültség maximális növekedési sebessége 3,5 V / ns.
-
Tj, Tstg A csomópont működésének és tárolásának hőmérsékleti tartománya — Biztonságos hőmérsékleti tartomány -55 ° C és + 150 ° C között.
-
Forrasztási hőmérséklet, 10 másodpercig - a maximális forrasztási hőmérséklet 300 ° C, és legalább 1,6 mm távolságra a testtől.
-
Rögzítési nyomaték, 6-32 vagy M3 csavar – a ház maximális rögzítési nyomatéka nem haladhatja meg az 1,1 Nm-t.
Az alábbiakban a hőmérsékleti ellenállások táblázata látható (2. ábra). Ezek a paraméterek szükségesek a megfelelő radiátor kiválasztásakor.
-
Rjc csatlakozás a házhoz (kristályház) 0,45 ° C / W.
-
Rcs Süllyedőház, sík, olajozott felület 0,24 °C/W
-
Az Rja Junction-to-Ambient a hűtőbordától és a környezeti feltételektől függ.
A következő táblázat tartalmazza a FET összes szükséges elektromos jellemzőjét 25 °C-os szerszámhőmérsékleten (lásd 3. ábra).
-
V (br) dss Forrás-forrás kimeneti feszültség – a forrás-forrás feszültség, amelynél a leállás fellép, 500 V.
-
ΔV (br) dss / ΔTj Áttörési feszültség hőmérséklete. Együttható - hőmérsékleti együttható, áttörési feszültség, ebben az esetben 0,59 V / ° C.
-
Rds (be) Statikus ellenállás a forrás és a forrás között - a forrás és a nyitott csatorna forrása közötti ellenállás 25 ° C hőmérsékleten, ebben az esetben 0,27 Ohm. Ez a hőmérséklettől függ, de erről majd később.
-
Vgs (th) Gres Threshold Voltage — a küszöbfeszültség a tranzisztor bekapcsolásához. Ha a kapuforrás feszültsége kisebb (ebben az esetben 2-4 V), akkor a tranzisztor zárva marad.
-
gfs Forward Conductance – Az átviteli karakterisztika meredeksége, amely megegyezik a leeresztőáram változásának és a kapufeszültség változásának arányával. Ebben az esetben 50 V-os lefolyóforrás-feszültségen és 20 A-es leeresztőáram mellett mérik. A mérés Amperben/Vtban vagy Siemensben történik.
-
Idss Forrás-forrás szivárgóáram-lefolyó áram a forrás-forrás feszültségtől és hőmérséklettől függ. Mikroamperben mérve.
-
Igss Gate-to-Source Forward Leakage és Gate-to-Source Reverse Leakage-gate szivárgási áram. Ezt nanoamperben mérik.
-
Qg Total Gate Charge – az a töltés, amelyet jelenteni kell a kapunak a tranzisztor kinyitásához.
-
Qgs Gate-to-Source Charge-Gate-to-Source kapacitás töltés.
-
Qgd Gate-to-Drain ("Miller") Töltésnek megfelelő gate-to-drain töltés (Miller kapacitások)
Ebben az esetben ezeket a paramétereket 400 V-os forrás-forrás feszültségen és 20 A-es leeresztőáram mellett mértük. Ezen mérések diagramja és grafikonja látható.
-
td (on) Bekapcsolási késleltetési idő — a tranzisztor nyitásának ideje.
-
tr Rise Time — a nyitó impulzus felfutási ideje (felfutó él).
-
td (ki) Turn -Off Delay Time — a tranzisztor zárásának ideje.
-
tf Fall Time — impulzusesési idő (tranzisztor zárása, leeső éle).
Ebben az esetben a méréseket 250 V tápfeszültségen, 20 A leeresztőárammal, 4,3 Ohm-os kapuáramköri ellenállással és 20 Ohm-os leeresztő áramköri ellenállással végezzük. A vázlatokat és grafikonokat a 10a. és 10b. ábra mutatja.
-
Ld Belső leeresztő induktivitás — leeresztő induktivitás.
-
Ls Belső forrás induktivitás — forrás induktivitás.
Ezek a paraméterek a tranzisztorház verziójától függenek. Fontosak a meghajtó tervezésénél, mivel közvetlenül kapcsolódnak a kulcs időzítési paramétereihez, ez különösen fontos a nagyfrekvenciás áramkörök fejlesztésénél.
-
Ciss bemeneti kapacitás – hagyományos gate-source és gate-drain parazita kondenzátorok által alkotott bemeneti kapacitás.
-
A Coss kimeneti kapacitás a hagyományos forrás-forrás és forrás-lefolyó parazita kondenzátorok által alkotott kimeneti kapacitás.
-
Crss Reverse Transfer Capacitance — gate-drain kapacitás (Miller kapacitás).
Ezeket a méréseket 1 MHz-es frekvencián, 25 V-os forrás-forrás feszültség mellett végeztük. Az 5. ábra mutatja ezen paraméterek függését a forrás-forrás feszültségtől.
A következő táblázat (lásd a 4. ábrát) a forrás és a lefolyó között hagyományosan elhelyezett integrált belső térhatású tranzisztor dióda jellemzőit írja le.
-
Folyamatos forrásáram (Body Diode) — a dióda maximális folyamatos forrásárama.
-
Ism Impulzusforrás áram (Body Diode) – a legnagyobb megengedett impulzusáram a diódán keresztül.
-
Vsd dióda előremenő feszültség – előremenő feszültségesés a diódán 25 °C-on és 20 A leeresztőáram mellett, ha a kapu 0 V.
-
trr Reverse Recovery Time — dióda fordított helyreállítási ideje.
-
QRr Reverse Recovery Charge — dióda helyreállítási töltés.
-
tonna Forward Turn-On Time - A dióda bekapcsolási ideje főként a lefolyás és a forrás induktivitás miatt van.
A továbbiakban az adatlapon az adott paraméterek hőmérséklettől, áramerősségtől, feszültségtől és ezek közötti függését ábrázoló grafikonok láthatók (5. ábra).
A leeresztőáram határértékei a 20 μs impulzusidőtartam mellett a lefolyóforrás feszültségétől és a kapuforrás feszültségétől függően vannak megadva. Az első ábra 25 °C-os, a második 150 °C-os hőmérsékletre vonatkozik. A hőmérséklet hatása a csatornanyílás szabályozhatóságára nyilvánvaló.
A 6. ábra grafikusan mutatja ennek a FET-nek az átviteli jellemzőit. Nyilvánvaló, hogy minél közelebb van a kapuforrás feszültsége 10 V-hoz, annál jobban bekapcsol a tranzisztor. Itt a hőmérséklet hatása is jól látható.
A 7. ábra a nyitott csatorna ellenállásának a hőmérséklettől való függését mutatja 20 A leeresztőáram mellett. Nyilvánvalóan a hőmérséklet emelkedésével a csatorna ellenállása is nő.
A 8. ábra a parazita kapacitásértékek függését mutatja az alkalmazott forrás-forrás feszültségtől. Látható, hogy még azután sem, hogy a forrás-leeresztő feszültség átlépi a 20 V-os küszöböt, a kapacitások nem változnak jelentősen.
A 9. ábra a belső dióda előremenő feszültségesésének függését mutatja a leeresztőáram nagyságától és a hőmérséklettől. A 8. ábra a tranzisztor biztonságos működési tartományát mutatja a bekapcsolási idő hosszának, a leeresztőáram nagyságának és a lefolyóforrás feszültségének függvényében.
A 11. ábra a maximális leeresztőáramot mutatja a ház hőmérsékletének függvényében.
Az a és b ábrán látható a mérőáramkör és egy grafikon, amely a tranzisztor nyitásának időzítési diagramját mutatja a kapufeszültség növelése és a kapukapacitás nullára kisütése során.
A 12. ábrán a tranzisztor (kristálytest) átlagos hőkarakterisztikájának az impulzus időtartamától való függésének grafikonja látható, a munkaciklus függvényében.
Az a és b ábra a mérési elrendezést és az impulzus tranzisztorára gyakorolt roncsoló hatás grafikonját mutatja az induktor nyitásakor.
A 14. ábra mutatja az impulzus megengedett legnagyobb energiájának függését a megszakított áram értékétől és a hőmérséklettől.
Az a és b ábrán a kaputöltés mérések grafikonja és diagramja látható.
A 16. ábra a tranzisztor belső diódájának tipikus tranzienseinek mérési elrendezését és grafikonját mutatja.
Az utolsó ábrán az IRFP460LC tranzisztor háza látható, méretei, a tűk közötti távolság, számozásuk: 1-kapu, 2-es lefolyó, 3-kelet.
Tehát az adatlap elolvasása után bármelyik fejlesztő választhat megfelelő teljesítményt vagy nem sokat, térhatású vagy IGBT tranzisztort egy tervezett vagy javított teljesítményátalakítóhoz, legyen az hegesztő inverter, frekvencia munkás vagy más teljesítménykapcsoló átalakító.
A térhatású tranzisztor paramétereinek ismeretében hozzáértően fejleszthet meghajtót, konfigurálhatja a vezérlőt, végezhet hőszámításokat és kiválaszthat egy megfelelő hűtőbordát anélkül, hogy túl sokat kellene telepítenie.