Parametri tranzistora s efektom polja: što piše u podatkovnom listu
Pretvarači snage i mnogi drugi elektronički uređaji danas rijetko prolaze bez upotrebe moćnih MOSFET-ova (efekt polja) ili IGBT tranzistori… To se odnosi kako na visokofrekventne pretvarače kao što su pretvarači za zavarivanje, tako i na razne kućne projekte čijih shema ima puno na internetu.
Parametri trenutno proizvedenih energetskih poluvodiča dopuštaju sklopne struje od desetaka i stotina ampera pri naponu do 1000 volti. Izbor ovih komponenti na suvremenom tržištu elektronike prilično je širok, a odabir tranzistora s efektom polja s potrebnim parametrima danas uopće nije problem, budući da svaki proizvođač koji poštuje sebe prati određeni model tranzistora s efektom polja s tehnička dokumentacija, koja se uvijek može naći na službenoj web stranici proizvođača i kod službenih prodavača.
Prije nego što nastavite s dizajnom ovog ili onog uređaja koristeći navedene komponente napajanja, uvijek biste trebali znati s čime se točno bavite, posebno pri odabiru određenog tranzistora s efektom polja.U tu svrhu koriste informativne listove. List s podacima službeni je dokument proizvođača elektroničkih komponenti koji sadrži opise, parametre, značajke proizvoda, tipične dijagrame i još mnogo toga.
Pogledajmo koje parametre proizvođač navodi u podatkovnoj tablici, što oni znače i čemu služe. Pogledajmo primjer podatkovne tablice za IRFP460LC FET. Ovo je prilično popularan HEXFET tranzistor snage.
HEXFET podrazumijeva takvu kristalnu strukturu gdje su tisuće paralelno povezanih heksagonalnih MOSFET ćelija organizirane u jedan kristal. Ovo rješenje omogućilo je značajno smanjenje otpora otvorenog kanala Rds (on) i omogućilo prebacivanje velikih struja. Međutim, prijeđimo na pregled parametara navedenih izravno u podatkovnoj tablici IRFP460LC od International Rectifier (IR).
Vidjeti Slika_IRFP460LC
Na samom početku dokumenta daje se shematski prikaz tranzistora, daju se oznake njegovih elektroda: G-vrata (vrata), D-odvod (odvod), S-izvor (izvor), a također i njegov glavni parametri su naznačeni i istaknute kvalitete su navedene. U ovom slučaju vidimo da je ovaj N-kanalni FET projektiran za maksimalni napon od 500 V, njegov otpor otvorenog kanala je 0,27 Ohma, a njegova granična struja je 20 A. Smanjeni naboj gejta omogućuje ovu komponentu da se koristi u visokim frekvencijski krugovi s niskim troškovima energije za upravljanje sklopkama. Ispod je tablica (slika 1) s najvećim dopuštenim vrijednostima različitih parametara u različitim načinima rada.
-
Id @ Tc = 25 °C; Kontinuirana odvodna struja Vgs @ 10 V — Maksimalna kontinuirana, kontinuirana odvodna struja, pri FET tjelesnoj temperaturi od 25 °C, iznosi 20 A. Pri naponu gejt-izvor od 10 V.
-
Id @ Tc = 100 °C; Kontinuirana odvodna struja Vgs @ 10 V — Maksimalna kontinuirana, kontinuirana odvodna struja, pri FET tjelesnoj temperaturi od 100 °C, iznosi 12 A. Pri naponu gejt-izvor od 10 V.
-
Idm @ Tc = 25 °C; Pulsna odvodna struja — Maksimalna impulsna, kratkotrajna odvodna struja, pri FET tjelesnoj temperaturi od 25 °C je 80 A. Ovisno o prihvatljivoj temperaturi spoja. Slika 11 (Slika 11) daje objašnjenje relevantnih odnosa.
-
Pd @ Tc = 25 °C Disipacija snage — Maksimalna snaga koju rasipa kućište tranzistora, pri temperaturi kućišta od 25 °C, iznosi 280 W.
-
Linearni faktor smanjenja — Za svakih 1°C povećanja temperature kućišta, rasipanje snage povećava se za dodatnih 2,2 vata.
-
Vgs napon vrata-izvor - Maksimalni napon vrata-izvor ne bi trebao biti viši od +30V ili ispod -30V.
-
Eas Single Pulse Avalanche Energy — Maksimalna energija jednog impulsa u kanalizaciji je 960 mJ. Objašnjenje je dano na sl. 12 (slika 12).
-
Iar Lavinska struja — Maksimalna prekidna struja je 20 A.
-
Ponavljajuća energija lavine uha — Maksimalna energija ponovljenih impulsa u kanalizaciji ne smije premašiti 28 mJ (za svaki impuls).
-
dv / dt Vršni oporavak diode dv / dt — Maksimalna brzina porasta napona odvoda je 3,5 V / ns.
-
Tj, Tstg Temperaturni raspon rada spoja i skladištenja — Sigurno temperaturno područje od -55 °C do +150 °C.
-
Temperatura lemljenja, 10 sekundi — maksimalna temperatura lemljenja je 300 ° C, i na udaljenosti od najmanje 1,6 mm od tijela.
-
Moment montaže, 6-32 ili vijak M3 — maksimalni moment montaže kućišta ne bi trebao prelaziti 1,1 Nm.
Ispod je tablica otpornosti na temperaturu (slika 2.). Ovi parametri bit će potrebni pri odabiru prikladnog radijatora.
-
Rjc spoj na kućište (kristalno kućište) 0,45 °C / W.
-
Rcs Tijelo do sudopera, ravna, podmazana površina 0,24 °C / W
-
Rja Junction-Ambient ovisi o hladnjaku i uvjetima okoline.
Sljedeća tablica sadrži sve potrebne električne karakteristike FET-a pri temperaturi matrice od 25 °C (vidi sliku 3).
-
V (br) dss Izlazni napon izvor-izvor—napon izvor-izvor pri kojem dolazi do kvara je 500 V.
-
ΔV (br) dss / ΔTj Temperatura probojnog napona. Koeficijent — temperaturni koeficijent, probojni napon, u ovom slučaju 0,59 V / ° C.
-
Rds (on) Statički otpor između izvora i izvora - otpor između izvora i izvora otvorenog kanala pri temperaturi od 25 °C, u ovom slučaju iznosi 0,27 Ohma. Ovisi o temperaturi, ali o tome kasnije.
-
Vgs (th) Gres Threshold Voltage — napon praga za uključivanje tranzistora. Ako je napon gate-source manji (u ovom slučaju 2 - 4 V), tada će tranzistor ostati zatvoren.
-
gfs prednja vodljivost — Nagib prijenosne karakteristike jednak omjeru promjene struje odvoda i promjene napona vrata. U ovom slučaju, mjeri se pri naponu odvod-izvor od 50 V i struji odvoda od 20 A. Mjeri se u amperima / voltima ili Siemensu.
-
Idss Struja odvoda od izvora do izvora ovisi o naponu i temperaturi od izvora do izvora. Mjereno u mikroamperima.
-
Igss Gate-to-Source Forward Leakage i Gate-to-Source Reverse Leakage-gate leakage current. Mjeri se u nanoamperima.
-
Qg Ukupni naboj na vratima — naboj koji se mora prijaviti na vrata da bi se otvorio tranzistor.
-
Qgs Gate-to-Source Charge-gate-to-source punjenje kapaciteta.
-
Qgd Gate-to-Drain («Miller») Naboj koji odgovara naboju gate-to-drain (Millerov kapacitet)
U ovom slučaju, ti su parametri izmjereni pri naponu izvor-izvor jednakom 400 V i struji odvoda od 20 A. Prikazani su dijagram i grafikon ovih mjerenja.
-
td (on) Turn -On Delay Time — vrijeme za otvaranje tranzistora.
-
tr Rise Time — vrijeme porasta početnog impulsa (uzlazni rub).
-
td (isključeno) Turn-Off Delay Time — vrijeme zatvaranja tranzistora.
-
tf Fall Time — vrijeme pada impulsa (zatvaranje tranzistora, padajući rub).
U ovom slučaju, mjerenja se vrše pri naponu napajanja od 250 V, sa strujom odvoda od 20 A, s otporom kruga vrata od 4,3 Ohma i otporom kruga odvoda od 20 Ohma. Sheme i grafikoni prikazani su na slikama 10 a i b.
-
Ld Unutarnji odvodni induktivitet — odvodni induktivitet.
-
Ls Unutarnji induktivitet izvora — induktivitet izvora.
Ovi parametri ovise o verziji kućišta tranzistora. Oni su važni u dizajnu pokretača, budući da su izravno povezani s vremenskim parametrima ključa, što je posebno važno u razvoju visokofrekventnih sklopova.
-
Ciss Input Capacitance-ulazni kapacitet formiran od konvencionalnih gate-source i gate-drain parazitnih kondenzatora.
-
Coss izlazni kapacitet je izlazni kapacitet koji formiraju konvencionalni parazitni kondenzatori izvor-izvor i izvor-odvod.
-
Crss reverzni prijenosni kapacitet — kapacitivnost vrata-odvod (Millerov kapacitet).
Ova su mjerenja obavljena na frekvenciji od 1 MHz, uz napon izvor-izvor od 25 V. Na slici 5 prikazana je ovisnost ovih parametara o naponu izvor-izvor.
Sljedeća tablica (vidi sliku 4) opisuje karakteristike integrirane interne tranzistorske diode s efektom polja koja se uobičajeno nalazi između izvora i odvoda.
-
Kontinuirana struja izvora (dioda za tijelo) — maksimalna trajna struja izvora diode.
-
Ism Pulsed Source Current (Body Diode) — najveća dopuštena pulsna struja kroz diodu.
-
Prednji napon Vsd diode — prednji pad napona preko diode na 25 °C i struji odvoda od 20 A kada je gejt 0 V.
-
trr Reverse Recovery Time — vrijeme obrnutog oporavka diode.
-
Qrr Reverse Recovery Charge — punjenje diode za oporavak.
-
ton Vrijeme uključivanja unaprijed - Vrijeme uključenja diode uglavnom je posljedica induktiviteta odvoda i izvora.
Dalje u podatkovnom listu dani su grafikoni ovisnosti zadanih parametara o temperaturi, struji, naponu i između njih (slika 5).
Dana su ograničenja struje odvoda, ovisno o naponu odvod-izvor i naponu vrata-izvora pri trajanju impulsa od 20 μs. Prva brojka je za temperaturu od 25 ° C, druga je za 150 ° C. Učinak temperature na mogućnost kontrole otvora kanala je očit.
Slika 6. grafički prikazuje prijenosnu karakteristiku ovog FET-a. Očito, što je napon gate-source bliži 10 V, to se tranzistor bolje uključuje. Ovdje je također prilično jasno vidljiv utjecaj temperature.
Slika 7 prikazuje ovisnost otpora otvorenog kanala pri odvodnoj struji od 20 A o temperaturi. Očito, kako se temperatura povećava, tako raste i otpor kanala.
Slika 8 prikazuje ovisnost parazitnih vrijednosti kapacitivnosti o primijenjenom naponu izvor-izvor. Može se vidjeti da se čak i nakon što napon izvor-odvod prijeđe prag od 20 V, kapaciteti ne mijenjaju značajno.
Slika 9 prikazuje ovisnost prednjeg pada napona u unutarnjoj diodi o veličini struje odvoda i o temperaturi. Slika 8 prikazuje područje sigurnog rada tranzistora kao funkciju duljine uključenosti, veličine struje odvoda i napona odvod-izvor.
Slika 11 prikazuje maksimalnu struju odvoda u odnosu na temperaturu kućišta.
Na slikama a i b prikazan je mjerni krug i graf koji prikazuje vremenski dijagram otvaranja tranzistora u procesu povećanja napona vrata i u procesu pražnjenja kapacitivnosti vrata na nulu.
Na slici 12 prikazani su grafikoni ovisnosti prosječne toplinske karakteristike tranzistora (kristalnog tijela) o trajanju impulsa, ovisno o radnom ciklusu.
Slike a i b prikazuju mjernu postavu i graf destruktivnog učinka impulsa na tranzistor kada se induktor otvori.
Na slici 14 prikazana je ovisnost najveće dopuštene energije impulsa o vrijednosti prekinute struje i temperaturi.
Slike a i b prikazuju grafikon i dijagram mjerenja naboja gejta.
Slika 16 prikazuje postavku mjerenja i grafikon tipičnih prijelaznih pojava u unutarnjoj diodi tranzistora.
Posljednja slika prikazuje slučaj tranzistora IRFP460LC, njegove dimenzije, udaljenost između pinova, njihovo numeriranje: 1-vrata, 2-odvod, 3-istok.
Dakle, nakon čitanja podatkovne tablice, svaki će programer moći odabrati prikladnu snagu ili ne mnogo tranzistor s efektom polja ili IGBT tranzistor za projektirani ili popravljeni pretvarač energije, bilo da je inverter za zavarivanje, frekvencijski radnik ili drugi pretvarač snage.
Poznavajući parametre tranzistora s efektom polja, možete kompetentno razviti upravljački program, konfigurirati regulator, izvršiti toplinske izračune i odabrati odgovarajući hladnjak bez potrebe za instaliranjem previše.