Параметри на полеви транзистори: какво е записано в листа с данни
Захранващите инвертори и много други електронни устройства днес рядко правят без използването на мощни MOSFET (полеви) или IGBT транзистори… Това се отнася както за високочестотни преобразуватели като заваръчни инвертори, така и за различни домашно проекти, чиито схеми са пълни в Интернет.
Параметрите на произвежданите в момента мощни полупроводници позволяват превключване на токове от десетки и стотици ампера при напрежения до 1000 волта. Изборът на тези компоненти на съвременния пазар на електроника е доста широк и изборът на полеви транзистор с необходимите параметри в никакъв случай не е проблем днес, тъй като всеки уважаващ себе си производител придружава специфичен модел на полеви транзистор с техническа документация, която винаги може да бъде намерена както на официалния уебсайт на производителя, така и при официалните дилъри.
Преди да продължите с проектирането на това или онова устройство, като използвате посочените компоненти на захранването, винаги трябва да знаете с какво точно имате работа, особено при избора на конкретен полеви транзистор. За тази цел те се обръщат към информационни листове. Информационният лист е официален документ от производителя на електронни компоненти, който съдържа описания, параметри, характеристики на продукта, типични диаграми и др.
Нека да видим какви параметри посочва производителят в листа с данни, какво означават и за какво са. Нека разгледаме един пример на лист с данни за полев транзистор IRFP460LC. Това е доста популярен HEXFET захранващ транзистор.
HEXFET предполага такава кристална структура, когато хиляди паралелно свързани шестоъгълни MOSFET клетки са организирани в един кристал. Това решение направи възможно значително да се намали съпротивлението на отворения канал Rds (включен) и направи възможно превключването на големи токове. Нека обаче преминем към преглед на параметрите, посочени директно в листа с данни на IRFP460LC от Международния токоизправител (IR).
См. Fig_IRFP460LC
В самото начало на документа е дадено схематично изображение на транзистора, дадени са обозначенията на неговите електроди: G-порта (порта), D-дренаж (дренаж), S-източник (източник), а също и основната му са посочени параметри и са изброени отличителни качества. В този случай виждаме, че този N-канал полеви транзистор е проектиран за максимално напрежение от 500 V, съпротивлението на отворения му канал е 0,27 Ohm, а ограничаващият ток е 20 A. Намаленият заряд на порта позволява този компонент да се използва във високочестотни схеми при ниски разходи енергия за управление на превключване. По -долу е дадена таблица (фиг. 1) с максимално допустимите стойности на различни параметри в различни режими.
-
Id @ Tc = 25 ° C; Непрекъснат източителен ток Vgs @ 10V — максималният непрекъснат, непрекъснат източителен ток, при температура на тялото на FET 25 ° C, е 20 A. При напрежение на порта -източник 10 V.
-
Id @ Tc = 100 ° C; Непрекъснат източителен ток Vgs @ 10V — максималният непрекъснат, непрекъснат източителен ток, при температура на тялото на FET от 100 ° C, е 12 A. При напрежение на порта -източник 10 V.
-
Idm @ Tc = 25 ° C; Импулсен дренажен ток — максималният импулс, краткосрочен източителен ток, при температура на тялото на FET от 25 ° C, е 80 A. При спазване на приемлива температура на кръстовището. Фигура 11 (Фигура 11) дава обяснение на съответните взаимоотношения.
-
Pd @ Tc = 25 ° C Разсейване на мощността — Максималната мощност, разсейвана от корпуса на транзистора, при температура на корпуса 25 ° C, е 280 W.
-
Коефициент на линейно намаляване на скоростта — При всяко повишаване на температурата на корпуса с 1 ° C разсейването на мощността се увеличава с допълнителни 2,2 вата.
-
Vgs напрежение от порта към източник-максималното напрежение от порта към източник не трябва да бъде по-високо от +30 V или под -30 V.
-
Eas Single Pulse Avalanche Energy — Максималната енергия на единичен импулс в канализацията е 960 mJ. Обяснение е дадено на фиг. 12 (фиг. 12).
-
Iar Avalanche Current — Максималният прекъснат ток е 20 A.
-
Ухо повтаряща се лавинна енергия — максималната енергия на повтарящи се импулси в канализацията не трябва да надвишава 28 mJ (за всеки импулс).
-
dv / dt Peak Diode Recovery dv / dt — Максималната скорост на нарастване на напрежението на източване е 3,5 V / ns.
-
Tj, Tstg Температурен диапазон на работа на кръстовището и съхранение — Безопасен температурен диапазон от -55 ° C до + 150 ° C.
-
Температура на запояване, за 10 секунди — максималната температура на запояване е 300 ° C, и на разстояние най -малко 1,6 мм от тялото.
-
Монтажен момент, винт 6-32 или М3 — максималният въртящ момент при закрепване на корпуса не трябва да надвишава 1,1 Нм.
По -долу е дадена таблица с температурни съпротивления (фиг. 2.). Тези параметри ще са необходими при избора на подходящ радиатор.
-
Rjc съединение към корпус (кристален корпус) 0,45 ° C / W.
-
Rcs Корпус към мивка, плоска, смазана повърхност 0,24 ° C / W
-
Rja Junction-to-Ambient зависи от радиатора и околните условия.
Следващата таблица съдържа всички необходими електрически характеристики на FET при температура на матрицата 25 ° C (виж фиг. 3).
-
V (br) dss Изходно напрежение между източника и източника-напрежението между източника и източника, при което възниква пробив, е 500 V.
-
ΔV (br) dss / ΔTj Температура на пробивно напрежение. Коефициент — температурен коефициент, пробивно напрежение, в този случай 0,59 V / ° C.
-
Rds (включено) Статично съпротивление между източника и източника-съпротивлението между източника и източника на отворения канал при температура 25 ° C, в този случай е 0,27 Ohm. Зависи от температурата, но повече за това по -късно.
-
Vgs (th) Gres Threshold Voltage — праговото напрежение за включване на транзистора. Ако напрежението на порта -източник е по -малко (в този случай 2 — 4 V), тогава транзисторът ще остане затворен.
-
gfs Напред Проводимост — Наклонът на трансферната характеристика, равен на отношението на промяната на тока на източване към промяната на напрежението на портата. В този случай се измерва при напрежение източник на източване 50 V и ток на източване 20 A. Измерено в Ампер / Волт или Сименс.
-
Idss Ток на утечка от източник към източник-изтичащ ток на дренажа, зависи от напрежението и температурата между източника и източника. Измерено в микроампери.
-
Igss Gate-to-Source Forward Leakage и Gate-to-Source Reverse Leakage-ток на изтичане на порта. Измерва се чрез наноампери.
-
Qg Total Gate Charge — зарядът, който трябва да бъде докладван на портата, за да се отвори транзисторът.
-
Qgs Gate-to-Source Charge-такса за капацитет от порта към източник.
-
Qgd Gate-to-Drain («Miller») Charge-съответстващ заряд от порта към източване (капацитети на Miller)
В този случай тези параметри са измерени при напрежение източник-източник, равно на 400 V и ток на източване 20 A. Диаграмата и графиката на тези измервания са показани.
-
td (on) Turn -On Delay Time — време за отваряне на транзистора.
-
tr Rise Time — времето на нарастване на отварящия импулс (нарастващ ръб).
-
td (off) Turn -Off Delay Time — време за затваряне на транзистора.
-
tf Fall Time — време на спадане на импулса (затваряне на транзистора, падащ ръб).
В този случай измерванията се извършват при захранващо напрежение 250 V, с изтичащ ток 20 A, със съпротивление във веригата на затвора от 4,3 Ohm и съпротивление в дренажната верига от 20 Ohm. Схемите и графиките са показани на фигури 10 а и б.
-
Ld Вътрешна индуктивност на източване — индуктивност на източване.
-
Ls Вътрешна индуктивност на източника — индуктивност на източника.
Тези параметри зависят от версията на корпуса на транзистора. Те са важни при проектирането на драйвер, тъй като са пряко свързани с времевите параметри на ключа, това е особено важно при разработването на високочестотни схеми.
-
Ciss Input Capacitance-входен капацитет, образуван от конвенционални паразитни кондензатори с източник на порта и източване на порта.
-
Coss изходен капацитет е изходният капацитет, образуван от конвенционални паразитни кондензатори източник-източник и източник-източване.
-
Crss Reverse Transfer Capacitance — капацитет на порта -дренаж (капацитет на Милър).
Тези измервания са проведени при честота 1 MHz, с напрежение източник източник 25 V. Фигура 5 показва зависимостта на тези параметри от напрежението източник източник.
Следващата таблица (виж фиг. 4) описва характеристиките на интегрирания вътрешен транзисторен диод с полеви ефекти, конвенционално разположен между източника и канализацията.
-
Is Continuous Source Current (Body Diode) — максимален непрекъснат непрекъснат ток на диода.
-
Ism Pulsed Source Current (Body Diode) — максимално допустимият импулсен ток през диода.
-
Vsd диодно напрежение напред — спад на напрежението напред върху диода при 25 ° C и източителен ток от 20 A, когато портата е 0 V.
-
trr Reverse Recovery Time — време за обратно възстановяване на диода.
-
Qrr Reverse Recovery Charge — такса за възстановяване на диоди.
-
тон Време за включване напред-времето за включване на диода се дължи главно на индуктивността на източване и източник.
По -нататък в листа с данни са дадени графики на зависимостта на дадените параметри от температура, ток, напрежение и помежду им (фиг. 5).
Дадени са границите на тока на източване, в зависимост от напрежението източник на източване и напрежението на източника на затвора при продължителност на импулса 20 μs. Първата цифра е за температура 25 ° C, втората е за 150 ° C. Влиянието на температурата върху управляемостта на отвора на канала е очевидно.
Фигура 6 графично показва трансферната характеристика на този полеви транзистор. Очевидно е, че колкото по-близо е напрежението на порта-източник до 10 V, толкова по-добре се включва транзисторът. Тук влиянието на температурата също се вижда доста ясно.
Фигура 7 показва зависимостта на съпротивлението на отворения канал при източителен ток 20 A от температурата. Очевидно с повишаване на температурата се увеличава и съпротивлението на канала.
Фигура 8 показва зависимостта на стойностите на паразитния капацитет от приложеното напрежение източник-източник. Може да се види, че дори след като напрежението източник-източник премине прага от 20 V, капацитетите не се променят значително.
Фигура 9 показва зависимостта на спада на напрежението напред във вътрешния диод от величината на тока на източване и от температурата. Фигура 8 показва зоната на безопасна работа на транзистора в зависимост от продължителността на времето на включване, величината на тока на източване и напрежението източник на източване.
Фигура 11 показва максималния ток на източване спрямо температурата на корпуса.
Фигури a и b показват измервателната верига и графика, показваща времевата диаграма на отварянето на транзистора в процеса на увеличаване на напрежението на портата и в процеса на разреждане на капацитета на портата до нула.
Фигура 12 показва графики на зависимостта на средната топлинна характеристика на транзистора (кристален корпус) от продължителността на импулса, в зависимост от работния цикъл.
Фигури a и b показват измервателната настройка и графиката на разрушителния ефект върху транзистора на импулса при отваряне на индуктора.
Фигура 14 показва зависимостта на максимално допустимата енергия на импулса от стойността на прекъснатия ток и температурата.
Фигури a и b показват графиката и диаграмата на измерванията на заряда на портата.
Фигура 16 показва настройка на измерване и графика на типичните преходни процеси във вътрешния диод на транзистор.
Последната фигура показва случая на IRFP460LC транзистора, неговите размери, разстоянието между щифтовете, тяхната номерация: 1-порта, 2-дренажна, 3-източна.
Така че, след като прочете листа с данни, всеки разработчик ще може да избере подходяща мощност или не много, полеви или IGBT транзистор за проектиран или ремонтиран преобразувател на мощност, било то заваръчен инвертор, честотен работник или друг преобразувател за превключване на захранването.
Познавайки параметрите на полевия транзистор, можете компетентно да разработите драйвер, да конфигурирате контролера, да извършите термични изчисления и да изберете подходящ радиатор, без да се налага да инсталирате твърде много.