Parametrii tranzistorilor cu efect de câmp: ce este scris în fișa de date
Invertoarele de putere și multe alte dispozitive electronice de astăzi se descurcă rareori fără utilizarea de MOSFET-uri puternice (efect de câmp) sau tranzistoare IGBT… Acest lucru se aplică atât convertoarelor de înaltă frecvență, cum ar fi invertoarele de sudură, cât și diferitelor proiecte de casă, ale căror scheme sunt pline pe Internet.
Parametrii semiconductorilor de putere produși în prezent permit comutarea curenților de zeci și sute de amperi la tensiuni de până la 1000 de volți. Alegerea acestor componente pe piața electronică modernă este destul de largă, iar alegerea unui tranzistor cu efect de câmp cu parametrii necesari nu este deloc o problemă astăzi, deoarece fiecare producător care se respectă însoțește un model specific de tranzistor cu efect de câmp cu documentația tehnică, care poate fi găsită întotdeauna atât pe site-ul oficial al producătorului, cât și la dealerii oficiali.
Înainte de a continua cu proiectarea acestui sau aceluia dispozitiv folosind componentele de alimentare specificate, ar trebui să știți întotdeauna cu ce anume aveți de-a face, mai ales când alegeți un anumit tranzistor cu efect de câmp.În acest scop, apelează la fișele informative. O fișă de date este un document oficial de la un producător de componente electronice care conține descrieri, parametri, caracteristici ale produsului, diagrame tipice și multe altele.
Să vedem ce parametri indică producătorul în fișa de date, ce înseamnă aceștia și pentru ce sunt. Să ne uităm la un exemplu de fișă de date pentru un FET IRFP460LC. Acesta este un tranzistor de putere HEXFET destul de popular.
HEXFET implică o astfel de structură cristalină în care mii de celule MOSFET hexagonale conectate în paralel sunt organizate într-un singur cristal. Această soluție a făcut posibilă reducerea semnificativă a rezistenței canalului deschis Rds (pornit) și a făcut posibilă comutarea curenților mari. Cu toate acestea, să trecem la revizuirea parametrilor enumerați direct în fișa de date a IRFP460LC de la International Rectifier (IR).
Vedea Fig_IRFP460LC
La începutul documentului, este dată o imagine schematică a tranzistorului, sunt date denumirile electrozilor săi: G-gate (poartă), D-drain (drain), S-source (sursă), precum și principalul său parametrii sunt indicați și sunt enumerate calități distinse. În acest caz, vedem că acest FET cu canal N este proiectat pentru o tensiune maximă de 500 V, rezistența canalului deschis este de 0,27 Ohm, iar curentul său de limitare este de 20 A. Încărcarea redusă a porții permite ca această componentă să fie utilizată în condiții ridicate. circuite de frecvență la costuri reduse de energie pentru controlul comutării. Mai jos este un tabel (Fig. 1) cu valorile maxime admise ale diferiților parametri în diferite moduri.
-
Id @ Tc = 25 °C; Curent de drenaj continuu Vgs @ 10V — Curentul maxim de scurgere continuu, continuu, la o temperatură a corpului FET de 25 °C, este de 20 A. La o tensiune poartă-sursă de 10 V.
-
Id @ Tc = 100 °C; Curent de drenaj continuu Vgs @ 10V — Curentul maxim de scurgere continuu, continuu, la o temperatură a corpului FET de 100 °C, este de 12 A. La o tensiune porți-sursă de 10 V.
-
Idm @ Tc = 25 °C; Curent de scurgere a impulsului — Impulsul maxim, curent de scurgere pe termen scurt, la o temperatură a corpului FET de 25 °C este de 80 A. Sub rezerva unei temperaturi acceptabile de joncțiune. Figura 11 (Figura 11) oferă o explicație a relațiilor relevante.
-
Pd @ Tc = 25 °C Disiparea puterii — Puterea maximă disipată de carcasa tranzistorului, la o temperatură a carcasei de 25 °C, este de 280 W.
-
Factor de reducere liniară — Pentru fiecare creștere cu 1 °C a temperaturii carcasei, disiparea puterii crește cu încă 2,2 wați.
-
Tensiune de la poartă la sursă Vgs - Tensiunea maximă de la poartă la sursă nu trebuie să fie mai mare de +30V sau sub -30V.
-
Eas Single Pulse Avalanche Energy — Energia maximă a unui singur impuls în canalizare este de 960 mJ. O explicație este dată în fig. 12 (Fig. 12).
-
Curentul de avalanșă Iar — Curentul maxim de întrerupere este de 20 A.
-
Energia de avalanșă repetitivă a urechii — Energia maximă a impulsurilor repetate în canalizare nu trebuie să depășească 28 mJ (pentru fiecare impuls).
-
dv / dt Peak Diode Recovery dv / dt — Rata maximă de creștere a tensiunii de scurgere este de 3,5 V / ns.
-
Tj, Tstg Interval de temperatură de funcționare și depozitare a joncțiunii — Interval de temperatură sigur de la -55 ° C la + 150 ° C.
-
Temperatura de lipit, timp de 10 secunde — temperatura maximă de lipire este de 300 ° C și la o distanță de cel puțin 1,6 mm de corp.
-
Cuplu de montare, șurub 6-32 sau M3 — cuplul maxim de montare a carcasei nu trebuie să depășească 1,1 Nm.
Mai jos este un tabel cu rezistențele la temperatură (Fig. 2.). Acești parametri vor fi necesari atunci când alegeți un radiator potrivit.
-
Joncțiune Rjc la carcasă (carcasa de cristal) 0,45 ° C / W.
-
Rcs Corp la chiuvetă, suprafață plană, lubrifiată 0,24 ° C/W
-
Rja Junction-to-Ambient depinde de radiator și de condițiile ambientale.
Următorul tabel conține toate caracteristicile electrice necesare ale FET-ului la o temperatură a matriței de 25 ° C (vezi Fig. 3).
-
V (br) dss Tensiunea de ieșire de la sursă la sursă — tensiunea de la sursă la sursă la care are loc defectarea este de 500 V.
-
ΔV (br) dss / ΔTj Temperatura tensiunii de avarie. Coeficient - coeficient de temperatură, tensiune de avarie, în acest caz 0,59 V / ° C.
-
Rds (on) Rezistența statică între sursă și sursă - rezistența dintre sursă și sursă a canalului deschis la o temperatură de 25 ° C, în acest caz este de 0,27 Ohm. Depinde de temperatură, dar mai multe despre asta mai târziu.
-
Vgs (th) Gres Threshold Voltage — tensiunea de prag pentru pornirea tranzistorului. Dacă tensiunea poartă-sursă este mai mică (în acest caz 2 — 4 V), atunci tranzistorul va rămâne închis.
-
gfs Forward Conductance — Panta caracteristicii de transfer egală cu raportul dintre modificarea curentului de scurgere și modificarea tensiunii la poartă. În acest caz, se măsoară la o tensiune de scurgere-sursă de 50 V și un curent de drenaj de 20 A. Măsurat în Amperi / Volți sau Siemens.
-
Idss Curentul de scurgere de la sursă la sursă curentul de scurgere depinde de tensiunea de la sursă la sursă și de temperatură. Măsurat în microamperi.
-
Igss Curent de scurgere direct de la poartă la sursă și scurgere inversă de la poartă la sursă. Se măsoară în nanoamperi.
-
Qg Total Gate Charge — sarcina care trebuie raportată la poartă pentru a deschide tranzistorul.
-
Qgs Încărcare de la poartă la sursă Taxă de la capacitatea de la poartă la sursă.
-
Qgd Gate-to-Drain («Miller») Sarcină corespunzătoare de la poartă la dren (capacitate Miller)
În acest caz, acești parametri au fost măsurați la o tensiune de la sursă la sursă egală cu 400 V și un curent de scurgere de 20 A. Sunt prezentate diagrama și graficul acestor măsurători.
-
td (pornit) Turn -On Delay Time — timpul pentru deschiderea tranzistorului.
-
tr Rise Time — timpul de creștere al impulsului de deschidere (margine de creștere).
-
td (off) Turn -Off Delay Time — timpul de închidere a tranzistorului.
-
tf Fall Time — timpul de cădere a impulsului (închidere tranzistor, front de cădere).
În acest caz, măsurătorile se fac la o tensiune de alimentare de 250 V, cu un curent de drenaj de 20 A, cu o rezistență a circuitului de poartă de 4,3 Ohm și o rezistență a circuitului de drenaj de 20 Ohm. Schemele și graficele sunt prezentate în figurile 10 a și b.
-
Ld Internal drain inductance — inductanță de drenaj.
-
Ls Inductanța sursă internă — inductanța sursei.
Acești parametri depind de versiunea carcasei tranzistorului. Ele sunt importante în proiectarea unui driver, deoarece sunt direct legate de parametrii de sincronizare ai cheii, acest lucru este deosebit de important în dezvoltarea circuitelor de înaltă frecvență.
-
Capacitate de intrare Ciss Capacitate de intrare formată din condensatori paraziți convenționali de sursă de poartă și de scurgere de poartă.
-
Capacitatea de ieșire Coss este capacitatea de ieșire formată de condensatoare parazite convenționale de la sursă la sursă și de la sursă la scurgere.
-
Crss Reverse Transfer Capacitance — capacitate gate-drain (capacitate Miller).
Aceste măsurători au fost efectuate la o frecvență de 1 MHz, cu o tensiune de la sursă la sursă de 25 V. Figura 5 arată dependența acestor parametri de tensiunea de la sursă la sursă.
Următorul tabel (vezi Fig. 4) descrie caracteristicile unei diode tranzistoare cu efect de câmp intern integrate, situate în mod convențional între sursă și dren.
-
Is Continuous Source Current (Body Diode) — curentul maxim continuu al sursei diodei.
-
Ism Pulsed Source Current (Body Diode) — curentul de impuls maxim permis prin diodă.
-
Tensiune directă a diodei Vsd — Căderea de tensiune directă pe diodă la 25 °C și curent de scurgere de 20 A când poarta este de 0 V.
-
trr Reverse Recovery Time — timpul de recuperare invers al diodei.
-
Qrr Reverse Recovery Charge — taxa de recuperare a diodei.
-
Ton Forward Turn-On Time - Timpul de pornire al unei diode se datorează în principal drenajului și inductanței sursei.
În continuare, în fișa de date sunt prezentate grafice ale dependenței parametrilor dați de temperatură, curent, tensiune și între ei (Fig. 5).
Limitele curentului de scurgere sunt date, în funcție de tensiunea dren-sursă și tensiunea poartă-sursă la o durată de impuls de 20 μs. Prima cifră este pentru o temperatură de 25 ° C, a doua este pentru 150 ° C. Efectul temperaturii asupra controlabilității deschiderii canalului este evident.
Figura 6 prezintă grafic caracteristica de transfer a acestui FET. Evident, cu cât tensiunea porții-sursei este mai aproape de 10 V, cu atât mai bine pornește tranzistorul. Aici influența temperaturii este, de asemenea, destul de clar vizibilă.
Figura 7 arată dependența rezistenței canalului deschis la un curent de scurgere de 20 A de temperatură. Evident, pe măsură ce temperatura crește, crește și rezistența canalului.
Figura 8 arată dependența valorilor capacității parazite de tensiunea sursă-sursă aplicată. Se poate observa că, chiar și după ce tensiunea sursă-dren depășește pragul de 20 V, capacitățile nu se modifică semnificativ.
Figura 9 arată dependența căderii de tensiune directă în dioda internă de mărimea curentului de scurgere și de temperatură. Figura 8 prezintă regiunea de funcționare sigură a tranzistorului în funcție de lungimea de timp, mărimea curentului de drenaj și tensiunea sursei de scurgere.
Figura 11 arată curentul maxim de scurgere în funcție de temperatura carcasei.
Figurile a și b prezintă circuitul de măsurare și un grafic care arată diagrama de timp a deschiderii tranzistorului în procesul de creștere a tensiunii porții și în procesul de descărcare a capacității porții la zero.
Figura 12 prezintă grafice ale dependenței caracteristicii termice medii a tranzistorului (corp de cristal) de durata impulsului, în funcție de ciclul de funcționare.
Figurile a și b arată configurația de măsurare și graficul efectului distructiv asupra tranzistorului impulsului atunci când inductorul este deschis.
Figura 14 arată dependența energiei maxime admisibile a impulsului de valoarea curentului întrerupt și a temperaturii.
Figurile a și b prezintă graficul și diagrama măsurătorilor sarcinii porții.
Figura 16 prezintă o configurație de măsurare și un grafic al tranzitorilor tipici în dioda internă a unui tranzistor.
Ultima figură prezintă cazul tranzistorului IRFP460LC, dimensiunile acestuia, distanța dintre pini, numerotarea acestora: 1-gate, 2-drain, 3-est.
Deci, după citirea fișei de date, orice dezvoltator va putea alege o putere potrivită sau nu prea mult, efect de câmp sau tranzistor IGBT pentru un convertor de putere proiectat sau reparat, fie el invertor de sudare, lucrător de frecvență sau alt convertor de comutare de putere.
Cunoscând parametrii tranzistorului cu efect de câmp, puteți dezvolta în mod competent un driver, puteți configura controlerul, efectuați calcule termice și alegeți un radiator adecvat fără a fi nevoie să instalați prea mult.