Kenttätransistorien parametrit: mitä on kirjoitettu tietolomakkeeseen

Tehoinvertterit ja monet muut elektroniset laitteet eivät nykyään käy harvoin ilman tehokkaiden MOSFETien käyttöä (kenttäefekti) tai IGBT-transistorit… Tämä koskee sekä suurtaajuusmuuntajia, kuten hitsausinverttereitä, että erilaisia ​​kotiprojekteja, joiden kaaviot ovat täynnä Internetissä.

Tällä hetkellä valmistettujen tehopuolijohteiden parametrit mahdollistavat kymmenien ja satojen ampeerien kytkentävirrat jopa 1000 voltin jännitteillä. Näiden komponenttien valikoima nykyaikaisilla elektroniikkamarkkinoilla on melko laaja, ja tarvittavilla parametreilla varustetun kenttätransistorin valinta ei ole nykyään mikään ongelma, koska jokainen itseään kunnioittava valmistaja toimittaa tietyn kenttätransistorin mallin mukanaan. tekniset asiakirjat, jotka löytyvät aina sekä valmistajan viralliselta verkkosivustolta että virallisilta jälleenmyyjiltä.

Ennen kuin jatkat tämän tai toisen laitteen suunnittelua käyttämällä määritettyjä virtalähdekomponentteja, sinun tulee aina tietää, mitä tarkalleen ottaen olet tekemisissä, varsinkin kun valitset tietyn kenttätransistorin.Tätä varten he turvautuvat tietolomakkeisiin. Datalehti on elektroniikkakomponenttien valmistajan virallinen asiakirja, joka sisältää kuvaukset, parametrit, tuotteen ominaisuudet, tyypilliset kaaviot ja paljon muuta.

Katsotaanpa, mitä parametreja valmistaja ilmoittaa tietolomakkeessa, mitä ne tarkoittavat ja mihin ne on tarkoitettu. Katsotaanpa esimerkkitietolehteä IRFP460LC FETille. Tämä on melko suosittu HEXFET-tehotransistori.

HEXFET tarkoittaa sellaista kiderakennetta, jossa tuhansia rinnakkain kytkettyjä kuusikulmaisia ​​MOSFET-soluja on järjestetty yhdeksi kiteeksi. Tämä ratkaisu mahdollisti merkittävästi avoimen kanavan Rds (päällä) resistanssin pienentämisen ja mahdollisti suurten virtojen kytkemisen. Siirrytään kuitenkin tarkastelemaan parametreja, jotka on lueteltu suoraan International Rectifierin (IR) IRFP460LC:n tietolomakkeessa.

Katso Fig_IRFP460LC

Aivan asiakirjan alussa annetaan kaaviokuva transistorista, sen elektrodien nimet: G-portti (portti), D-drain (drain), S-lähde (lähde) ja myös sen pää parametrit on merkitty ja erottuvat ominaisuudet lueteltu. Tässä tapauksessa näemme, että tämä N-kanavainen FET on suunniteltu maksimijännitteelle 500 V, sen avoimen kanavan resistanssi on 0,27 ohmia ja sen rajavirta on 20 A. Pienempi hilavaraus mahdollistaa tämän komponentin käytön korkealla. taajuuspiirejä alhaisilla energiakustannuksilla kytkentäohjaukseen. Alla on taulukko (kuva 1), jossa on erilaisten parametrien suurimmat sallitut arvot eri tiloissa.

Kuva. 1

• Id @ Tc = 25 °C; Jatkuva tyhjennysvirta Vgs @ 10 V — Suurin jatkuva jatkuva tyhjennysvirta FET-rungon lämpötilassa 25 °C on 20 A. Hilalähdejännitteellä 10 V.

• Id @ Tc = 100 °C; Jatkuva tyhjennysvirta Vgs @ 10 V — Suurin jatkuva jatkuva tyhjennysvirta FET-rungon lämpötilassa 100 °C on 12 A. Hilalähdejännitteellä 10 V.

• Idm @ Tc = 25 °C; Pulssin tyhjennysvirta — Suurin pulssi, lyhytaikainen tyhjennysvirta FET-rungon lämpötilassa 25 °C on 80 A. Hyväksyttävän liitoslämpötilan alaisena. Kuva 11 (Kuva 11) antaa selityksen asiaankuuluvista suhteista.

• Pd @ Tc = 25 °C tehohäviö — Transistorin kotelon suurin hukkaama teho 25 °C:n kotelon lämpötilassa on 280 W.

• Lineaarinen vähennyskerroin — Jokaista 1°C lämpötilan nousua kohden tehohäviö kasvaa 2,2 wattia lisää.

• Vgs-portin ja lähteen välinen jännite - Suurin portti-lähdejännite ei saa olla yli +30 V tai alle -30 V.

• Eas Single Pulse Avalanche Energy — Yhden pulssin maksimienergia viemärissä on 960 mJ. Selitys on annettu kuvassa. 12 (kuvio 12).

• Iar Avalanche Current — Suurin keskeytysvirta on 20 A.

• Korvan toistuva lumivyöryenergia — Viemärissä toistuvien pulssien enimmäisenergia ei saa ylittää 28 mJ (kutakin pulssia kohden).

• dv / dt Peak Diode Recovery dv / dt — Tyhjennysjännitteen suurin nousunopeus on 3,5 V / ns.

• Tj, Tstg Lämpötila-alue liitoksen toiminnan ja varastoinnin aikana — Turvallinen lämpötila-alue -55 °C - +150 °C.

• Juotoslämpötila, 10 sekuntia - suurin juotoslämpötila on 300 ° C ja vähintään 1,6 mm:n etäisyydellä rungosta.

• Kiinnitysmomentti, 6-32 tai M3 ruuvi – kotelon suurin kiinnitysmomentti ei saa ylittää 1,1 Nm.

Alla on taulukko lämpötilan kestävyydestä (kuva 2.). Nämä parametrit ovat välttämättömiä sopivan jäähdyttimen valinnassa.

Kuva. 2

• Rjc-liitos koteloon (kidekotelo) 0,45 ° C / W.

• Rcs Runko uppoamaan, tasainen, voideltu pinta 0,24 °C / W

• Rja Junction-to-Ambient riippuu jäähdytyselementistä ja ympäristön olosuhteista.

Seuraava taulukko sisältää kaikki tarvittavat FET:n sähköiset ominaisuudet 25 °C:n suuttimen lämpötilassa (katso kuva 3).

Kuva

• V (br) dss Lähteen ja lähteen välinen lähtöjännite – lähteen välinen jännite, jossa rikkoutuminen tapahtuu, on 500 V.

• ΔV (br) dss / ΔTj Jakojännitteen lämpötila. Kerroin - lämpötilakerroin, läpilyöntijännite, tässä tapauksessa 0,59 V / ° C.

• Rds (päällä) Staattinen vastus lähteen ja lähteen välillä - avoimen kanavan lähteen ja lähteen välinen vastus lämpötilassa 25 ° C, tässä tapauksessa se on 0,27 ohmia. Se riippuu lämpötilasta, mutta siitä lisää myöhemmin.

• Vgs (th) Gres Threshold Voltage — kynnysjännite transistorin kytkemiseksi päälle. Jos hilalähteen jännite on pienempi (tässä tapauksessa 2 - 4 V), transistori pysyy kiinni.

• gfs Forward Conductance — Siirtokäyrän jyrkkyys, joka on yhtä suuri kuin nieluvirran muutoksen suhde hilajännitteen muutokseen. Tässä tapauksessa se mitataan 50 V:n nielulähteen jännitteellä ja 20 A:n nieluvirralla. Mitataan ampeerina/volteina tai Siemenseinä.

• Idss Lähteestä lähteeseen vuotovirta-tyhjennysvirta riippuu lähteen välisestä jännitteestä ja lämpötilasta. Mitattu mikroampeereissa.

• Igss-portista lähteeseen eteenpäin suuntautuva vuoto ja portista lähteeseen käänteinen vuotoportin vuotovirta. Se mitataan nanoampeereissa.

• Qg Total Gate Charge — varaus, joka on ilmoitettava portille transistorin avaamiseksi.

• Qgs Gate-to-Source Charge-gate-to-Source-kapasiteettiveloitus.

• Qgd Gate-to-Drain ("Miller") Varausta vastaava portti-tyhjennys -varaus (Millerin kapasitanssit)

Tässä tapauksessa nämä parametrit mitattiin 400 V:n lähteen välisellä jännitteellä ja 20 A:n nieluvirralla. Näiden mittausten kaavio ja käyrä on esitetty.

• td (on) Turn -On Delay Time — aika transistorin avaamiseen.

• tr Rise Time — avauspulssin nousuaika (nouseva reuna).

• td (pois) Sammutusviiveaika — transistorin sulkemisaika.

• tf Fall Time — pulssin laskuaika (transistorin sulkeutuminen, laskeva reuna).

Tässä tapauksessa mittaukset tehdään 250 V:n syöttöjännitteellä, 20 A:n tyhjennysvirralla, hilapiirin resistanssilla 4,3 ohmia ja tyhjennyspiirin resistanssilla 20 ohmia. Kaaviot ja kaaviot on esitetty kuvissa 10a ja b.

• Ld Sisäinen nieluinduktanssi — nieluinduktanssi.

• Ls Sisäinen lähdeinduktanssi — lähdeinduktanssi.

Nämä parametrit riippuvat transistorin kotelon versiosta. Ne ovat tärkeitä ajurin suunnittelussa, koska ne liittyvät suoraan avaimen ajoitusparametreihin, mikä on erityisen tärkeää korkeataajuisten piirien kehittämisessä.

• Ciss Input Capasitance - tulokapasitanssi, joka muodostuu tavanomaisista hilalähde- ja hila-virtausparasiittisia kondensaattoreita.

• Kustannuslähtökapasitanssi on lähtökapasitanssi, jonka muodostavat tavanomaiset lähteestä lähteeseen ja lähteestä viemäriin loiskondensaattorit.

• Crss Reverse Transfer Capacitance — gate-drain kapasitanssi (Millerin kapasitanssi).

Nämä mittaukset suoritettiin taajuudella 1 MHz ja lähteen välisellä jännitteellä 25 V. Kuvassa 5 on esitetty näiden parametrien riippuvuus lähde-lähdejännitteestä.

Seuraavassa taulukossa (katso kuva 4) kuvataan integroidun sisäisen kenttätransistoridiodin ominaisuuksia, jotka tavanomaisesti sijoitetaan lähteen ja nielun väliin.

Kuva 4

• On Continuous Source Current (Body Diode) — diodin suurin jatkuva lähdevirta.

• Ism Pulssilähdevirta (Body Diode) — suurin sallittu pulssivirta diodin läpi.

• Vsd-diodin myötäjännite — Myötäjännitehäviö diodin yli lämpötilassa 25 °C ja 20 A tyhjennysvirta, kun hila on 0 V.

• trr Reverse Recovery Time — diodin käänteinen palautusaika.

• QRr Reverse Recovery Charge — diodin palautuslataus.

• ton Forward Turn-On Time - Diodin käynnistysaika johtuu pääasiassa nielusta ja lähteen induktiivisuudesta.

Lisäksi tietolomakkeessa on esitetty kaavioita annettujen parametrien riippuvuudesta lämpötilasta, virrasta, jännitteestä ja niiden välillä (kuva 5).

Kuva 5

Tyhjennysvirran rajat on annettu riippuen nielulähdejännitteestä ja hilalähteen jännitteestä pulssin kestolla 20 μs. Ensimmäinen luku on 25 °C:n lämpötilalle, toinen 150 °C:lle. Lämpötilan vaikutus kanavan aukon ohjattavuuteen on ilmeinen.

Kuva 6

Kuvio 6 esittää graafisesti tämän FET:n siirtokäyrän. On selvää, että mitä lähempänä hilalähteen jännite on 10 V, sitä paremmin transistori käynnistyy. Tässä näkyy myös lämpötilan vaikutus varsin selvästi.

Kuva 7

Kuvassa 7 on esitetty avoimen kanavan resistanssin riippuvuus lämpötilasta 20 A:n nieluvirralla. Ilmeisesti lämpötilan noustessa kanavan vastus kasvaa.

Kuva 8

Kuvassa 8 on esitetty loiskapasitanssiarvojen riippuvuus käytetystä lähde-lähdejännitteestä. Voidaan nähdä, että kapasitanssit eivät muutu merkittävästi edes sen jälkeen, kun lähde-nielujännite ylittää 20 V:n kynnyksen.

Kuva 9

Kuvassa 9 on esitetty sisäisen diodin myötäsuuntaisen jännitehäviön riippuvuus nieluvirran suuruudesta ja lämpötilasta. Kuvassa 8 on esitetty transistorin turvallinen toiminta-alue päälläoloajan, nieluvirran suuruuden ja nielulähteen jännitteen funktiona.

Kuva 10

Kuva 11 näyttää maksimityhjennysvirran kotelon lämpötilan funktiona.

Kuva 11

Kuvioissa a ja b on esitetty mittauspiiri ja kaavio, joka esittää transistorin avautumisen ajoituskaaviota hilajännitteen nostoprosessissa ja hilakapasitanssin purkamisen yhteydessä nollaan.

Kuva. 12

Kuvassa 12 on kaavioita transistorin (kidekappaleen) keskimääräisen lämpökäyrän riippuvuudesta pulssin kestosta riippuen toimintajaksosta.

Kuva 13

Kuvissa a ja b on esitetty mittausasetus ja käyrä pulssin transistoriin kohdistuvasta tuhoavasta vaikutuksesta, kun induktori avataan.

Kuva 14

Kuvassa 14 on esitetty pulssin suurimman sallitun energian riippuvuus keskeytysvirran arvosta ja lämpötilasta.

Kuva 15

Kuvat a ja b esittävät kaavion ja kaavion hilavarausmittauksista.

Kuva. 16

Kuva 16 esittää mittauskokoonpanon ja kaavion tyypillisistä transienteista transistorin sisäisessä diodissa.

Kuva. 17

Viimeisessä kuvassa näkyy IRFP460LC-transistorin kotelo, sen mitat, nastojen välinen etäisyys, niiden numerointi: 1-portti, 2-vuoto, 3-itä.

Joten jokainen kehittäjä voi tietolomakkeen luettuaan valita sopivan tehon tai vähän, kenttäefektin tai IGBT-transistorin suunnitellulle tai korjatulle tehonmuuntimelle, olipa kyseessä sitten hitsausinvertteri, taajuustyöntekijä tai muu tehokytkinmuunnin.

Kun tiedät kenttätransistorin parametrit, voit kehittää ohjaimen pätevästi, konfiguroida ohjaimen, suorittaa lämpölaskelmia ja valita sopivan jäähdytyselementin ilman, että sinun tarvitsee asentaa liikaa.