Παράμετροι τρανζίστορ φαινομένου πεδίου: τι αναγράφεται στο φύλλο δεδομένων
Οι μετατροπείς ισχύος και πολλές άλλες ηλεκτρονικές συσκευές σήμερα σπάνια κάνουν χωρίς τη χρήση ισχυρών MOSFET (φαινόμενο πεδίου) ή Τρανζίστορ IGBT… Αυτό ισχύει τόσο για μετατροπείς υψηλής συχνότητας, όπως μετατροπείς συγκόλλησης, όσο και για διάφορα οικιακά έργα, τα σχηματικά σχέδια των οποίων είναι πλήρη στο Διαδίκτυο.
Οι παράμετροι των ημιαγωγών ισχύος που παράγονται σήμερα επιτρέπουν ρεύματα μεταγωγής δεκάδων και εκατοντάδων αμπέρ σε τάσεις έως και 1000 βολτ. Η επιλογή αυτών των εξαρτημάτων στη σύγχρονη αγορά ηλεκτρονικών είναι αρκετά μεγάλη και η επιλογή ενός τρανζίστορ πεδίου με τις απαραίτητες παραμέτρους δεν αποτελεί καθόλου πρόβλημα σήμερα, καθώς κάθε κατασκευαστής που σέβεται τον εαυτό του συνοδεύει ένα συγκεκριμένο μοντέλο ενός τρανζίστορ πεδίου με τεχνική τεκμηρίωση, την οποία μπορείτε πάντα να βρείτε τόσο στον επίσημο ιστότοπο του κατασκευαστή όσο και σε επίσημους αντιπροσώπους.
Πριν προχωρήσετε στη σχεδίαση αυτής ή αυτής της συσκευής χρησιμοποιώντας τα καθορισμένα εξαρτήματα τροφοδοσίας, θα πρέπει πάντα να γνωρίζετε με τι ακριβώς αντιμετωπίζετε, ειδικά όταν επιλέγετε ένα συγκεκριμένο τρανζίστορ φαινομένου πεδίου.Για το σκοπό αυτό στρέφονται σε δελτία πληροφοριών. Το φύλλο δεδομένων είναι ένα επίσημο έγγραφο από έναν κατασκευαστή ηλεκτρονικών εξαρτημάτων που περιέχει περιγραφές, παραμέτρους, χαρακτηριστικά προϊόντος, τυπικά διαγράμματα και πολλά άλλα.
Ας δούμε ποιες παραμέτρους υποδεικνύει ο κατασκευαστής στο φύλλο δεδομένων, τι σημαίνουν και σε τι χρησιμεύουν. Ας δούμε ένα παράδειγμα φύλλου δεδομένων για ένα FET IRFP460LC. Αυτό είναι ένα αρκετά δημοφιλές τρανζίστορ ισχύος HEXFET.
Το HEXFET συνεπάγεται μια τέτοια κρυσταλλική δομή όπου χιλιάδες παράλληλα συνδεδεμένα εξαγωνικά κύτταρα MOSFET οργανώνονται σε έναν μόνο κρύσταλλο. Αυτή η λύση κατέστησε δυνατή τη σημαντική μείωση της αντίστασης του ανοιχτού καναλιού Rds (on) και κατέστησε δυνατή την εναλλαγή μεγάλων ρευμάτων. Ωστόσο, ας προχωρήσουμε στην ανασκόπηση των παραμέτρων που αναφέρονται απευθείας στο φύλλο δεδομένων του IRFP460LC από το International Rectifier (IR).
Βλέπω Fig_IRFP460LC
Στην αρχή του εγγράφου, δίνεται μια σχηματική εικόνα του τρανζίστορ, δίνονται οι ονομασίες των ηλεκτροδίων του: G-gate (πύλη), D-drain (drain), S-source (πηγή) και επίσης η κύρια οι παράμετροι υποδεικνύονται και αναφέρονται οι διακεκριμένες ποιότητες. Σε αυτήν την περίπτωση, βλέπουμε ότι αυτό το FET καναλιού Ν έχει σχεδιαστεί για μέγιστη τάση 500 V, η αντίσταση ανοιχτού καναλιού του είναι 0,27 Ohm και το οριακό του ρεύμα είναι 20 A. Η μειωμένη φόρτιση πύλης επιτρέπει σε αυτό το εξάρτημα να χρησιμοποιείται σε υψηλή κυκλώματα συχνότητας με χαμηλό κόστος ενέργειας για έλεγχο μεταγωγής. Παρακάτω είναι ένας πίνακας (Εικ. 1) με τις μέγιστες επιτρεπόμενες τιμές διαφόρων παραμέτρων σε διάφορους τρόπους λειτουργίας.
-
Id @ Tc = 25 °C; Ρεύμα συνεχούς αποστράγγισης Vgs @ 10 V — Το μέγιστο συνεχές, συνεχές ρεύμα αποστράγγισης, σε θερμοκρασία σώματος FET 25 °C, είναι 20 A. Σε τάση πύλης πηγής 10 V.
-
Id @ Tc = 100 °C; Συνεχές ρεύμα αποστράγγισης Vgs @ 10 V — Το μέγιστο συνεχές, συνεχές ρεύμα αποστράγγισης, σε θερμοκρασία σώματος FET 100 °C, είναι 12 A. Σε τάση πύλης πηγής 10 V.
-
Idm @ Tc = 25 °C; Ρεύμα αποστράγγισης παλμού — Το μέγιστο παλμικό, βραχυπρόθεσμο ρεύμα αποστράγγισης, σε θερμοκρασία σώματος FET 25 °C είναι 80 A. Υπόκειται σε αποδεκτή θερμοκρασία διασταύρωσης. Το Σχήμα 11 (Εικόνα 11) παρέχει μια εξήγηση των σχετικών σχέσεων.
-
Pd @ Tc = 25 °C Διαρροή ισχύος — Η μέγιστη ισχύς που καταναλώνεται από το περίβλημα του τρανζίστορ, σε θερμοκρασία θήκης 25 °C, είναι 280 W.
-
Γραμμικός Συντελεστής Μείωσης — Για κάθε αύξηση κατά 1°C στη θερμοκρασία της θήκης, η απαγωγή ισχύος αυξάνεται κατά 2,2 επιπλέον watt.
-
Vgs Gate-to-Source Voltage - Η μέγιστη τάση πύλης-προς-πηγή δεν πρέπει να είναι υψηλότερη από +30V ή κάτω από -30V.
-
Eas Single Pulse Avalanche Energy — Η μέγιστη ενέργεια ενός μόνο παλμού στην αποχέτευση είναι 960 mJ. Μια εξήγηση δίνεται στο σχ. 12 (Εικ. 12).
-
Iar Avalanche Current — Το μέγιστο ρεύμα διακοπής είναι 20 A.
-
Επαναλαμβανόμενη ενέργεια χιονοστιβάδας στο αυτί — Η μέγιστη ενέργεια επαναλαμβανόμενων παλμών στην αποχέτευση δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 28 mJ (για κάθε παλμό).
-
dv / dt Μέγιστη ανάκτηση διόδου dv / dt — Ο μέγιστος ρυθμός ανόδου της τάσης αποστράγγισης είναι 3,5 V / ns.
-
Tj, Tstg Εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας και αποθήκευσης διασταύρωσης — Ασφαλές εύρος θερμοκρασίας από -55 ° C έως + 150 ° C.
-
Θερμοκρασία συγκόλλησης, για 10 δευτερόλεπτα — η μέγιστη θερμοκρασία συγκόλλησης είναι 300 ° C και σε απόσταση τουλάχιστον 1,6 mm από το σώμα.
-
Ροπή στερέωσης, βίδα 6-32 ή M3 — η μέγιστη ροπή στερέωσης του περιβλήματος δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 1,1 Nm.
Παρακάτω είναι ένας πίνακας αντιστάσεων θερμοκρασίας (Εικ. 2.). Αυτές οι παράμετροι θα είναι απαραίτητες όταν επιλέγετε ένα κατάλληλο ψυγείο.
-
Διασταύρωση Rjc σε θήκη (κρυσταλλική θήκη) 0,45 ° C / W.
-
Rcs Σώμα σε νεροχύτη, επίπεδη, λιπασμένη επιφάνεια 0,24 ° C / W
-
Το Rja Junction-to-Ambient εξαρτάται από την ψύκτρα και τις συνθήκες περιβάλλοντος.
Ο παρακάτω πίνακας περιέχει όλα τα απαραίτητα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του FET σε θερμοκρασία καλουπιού 25 °C (βλ. Εικ. 3).
-
V (br) dss Τάση εξόδου πηγής-πηγής—η τάση πηγής-πηγής στην οποία συμβαίνει η διακοπή είναι 500 V.
-
ΔV (br) dss / ΔTj Θερμοκρασία τάσης διάσπασης. Συντελεστής — συντελεστής θερμοκρασίας, τάση διάσπασης, σε αυτήν την περίπτωση 0,59 V / ° C.
-
Rds (on) Στατική αντίσταση μεταξύ πηγής και πηγής - η αντίσταση μεταξύ της πηγής και της πηγής του ανοιχτού καναλιού σε θερμοκρασία 25 ° C, σε αυτήν την περίπτωση είναι 0,27 Ohm. Εξαρτάται από τη θερμοκρασία, αλλά περισσότερο από αυτό αργότερα.
-
Vgs (th) Gres Threshold Voltage — η οριακή τάση για την ενεργοποίηση του τρανζίστορ. Εάν η τάση της πύλης είναι μικρότερη (στην περίπτωση αυτή 2 — 4 V), τότε το τρανζίστορ θα παραμείνει κλειστό.
-
gfs Μπροστινή αγωγιμότητα — Η κλίση του χαρακτηριστικού μεταφοράς ίση με τον λόγο της αλλαγής στο ρεύμα αποστράγγισης προς τη μεταβολή της τάσης πύλης. Σε αυτή την περίπτωση, μετράται σε τάση πηγής αποστράγγισης 50 V και ρεύμα αποστράγγισης 20 A. Μετράται σε Αμπ/Βόλτ ή Siemens.
-
Idss Το ρεύμα διαρροής από πηγή σε πηγή εξαρτάται από την τάση και τη θερμοκρασία από πηγή σε πηγή. Μετριέται σε μικροαμπέρ.
-
Μπροστινή διαρροή από πύλη σε πηγή Igss και ρεύμα διαρροής αντίστροφης πύλης από πύλη σε πηγή. Μετριέται σε νανοαμπέρ.
-
Qg Total Gate Charge — η φόρτιση που πρέπει να αναφερθεί στην πύλη για να ανοίξει το τρανζίστορ.
-
Qgs Χρέωση από πύλη σε πηγή Χρέωση χωρητικότητας από πύλη σε πηγή.
-
Qgd Gate-to-Drain («Miller») Φόρτιση αντίστοιχης φόρτισης από πύλη σε αποστράγγιση (Χωρητικότητες Miller)
Στην περίπτωση αυτή, αυτές οι παράμετροι μετρήθηκαν με τάση πηγής-πηγής ίση με 400 V και ρεύμα αποστράγγισης 20 A. Το διάγραμμα και η γραφική παράσταση αυτών των μετρήσεων παρουσιάζονται.
-
td (on) Ενεργοποίηση -Ενεργοποίηση Χρόνος καθυστέρησης — χρόνος για το άνοιγμα του τρανζίστορ.
-
tr Χρόνος ανόδου — ο χρόνος ανόδου του παλμού ανοίγματος (ανερχόμενη ακμή).
-
td (απενεργοποίηση) Χρόνος καθυστέρησης απενεργοποίησης — χρόνος για το κλείσιμο του τρανζίστορ.
-
tf Χρόνος πτώσης — χρόνος πτώσης παλμού (κλείσιμο τρανζίστορ, ακμή πτώσης).
Σε αυτή την περίπτωση, οι μετρήσεις γίνονται σε τάση τροφοδοσίας 250 V, με ρεύμα αποστράγγισης 20 A, με αντίσταση κυκλώματος πύλης 4,3 Ohm και αντίσταση κυκλώματος αποστράγγισης 20 Ohm. Τα σχηματικά και τα γραφήματα φαίνονται στα Σχήματα 10 α και β.
-
Ld Εσωτερική αυτεπαγωγή αποστράγγισης — αυτεπαγωγή αποστράγγισης.
-
Ls Επαγωγή εσωτερικής πηγής — επαγωγή πηγής.
Αυτές οι παράμετροι εξαρτώνται από την έκδοση της θήκης τρανζίστορ. Είναι σημαντικά στη σχεδίαση ενός προγράμματος οδήγησης, καθώς σχετίζονται άμεσα με τις παραμέτρους χρονισμού του κλειδιού, αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό στην ανάπτυξη κυκλωμάτων υψηλής συχνότητας.
-
Είσοδος Ciss Χωρητικότητα-χωρητικότητα εισόδου που σχηματίζεται από συμβατικούς παρασιτικούς πυκνωτές πύλης πηγής και πύλης αποστράγγισης.
-
Η χωρητικότητα εξόδου Coss είναι η χωρητικότητα εξόδου που σχηματίζεται από συμβατικούς παρασιτικούς πυκνωτές πηγής προς πηγή και πηγής προς αποστράγγιση.
-
Χωρητικότητα αντίστροφης μεταφοράς Crss — Χωρητικότητα πύλης-αποχέτευσης (χωρητικότητα Miller).
Αυτές οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε συχνότητα 1 MHz, με τάση πηγής-πηγής 25 V. Το σχήμα 5 δείχνει την εξάρτηση αυτών των παραμέτρων από την τάση πηγής-πηγής.
Ο ακόλουθος πίνακας (βλ. Εικ. 4) περιγράφει τα χαρακτηριστικά μιας ενσωματωμένης εσωτερικής διόδου τρανζίστορ φαινομένου πεδίου που βρίσκεται συμβατικά μεταξύ πηγής και αποστράγγισης.
-
Is Continuous Source Current (Body Diode) — μέγιστο συνεχές ρεύμα πηγής της διόδου.
-
Ρεύμα παλμικής πηγής Ism (Δίοδος σώματος) — το μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα παλμού μέσω της διόδου.
-
Vsd Diode Forward Voltage — Μπροστινή πτώση τάσης κατά μήκος της διόδου στους 25 °C και ρεύμα αποστράγγισης 20 A όταν η πύλη είναι 0 V.
-
trr Reverse Recovery Time — χρόνος ανάκτησης αντίστροφης διόδου.
-
Qrr Reverse Recovery Charge — χρέωση ανάκτησης διόδου.
-
ton Forward Turn-On Time - Ο χρόνος ενεργοποίησης μιας διόδου οφείλεται κυρίως στην επαγωγή αποστράγγισης και πηγής.
Περαιτέρω στο φύλλο δεδομένων, δίνονται γραφήματα της εξάρτησης των δεδομένων παραμέτρων από τη θερμοκρασία, το ρεύμα, την τάση και μεταξύ τους (Εικ. 5).
Δίνονται όρια ρεύματος αποστράγγισης, ανάλογα με την τάση της πηγής αποστράγγισης και την τάση της πύλης-πηγής σε διάρκεια παλμού 20 μs. Ο πρώτος αριθμός είναι για θερμοκρασία 25 ° C, ο δεύτερος για 150 ° C. Η επίδραση της θερμοκρασίας στην ικανότητα ελέγχου του ανοίγματος του καναλιού είναι προφανής.
Το σχήμα 6 δείχνει γραφικά το χαρακτηριστικό μεταφοράς αυτού του FET. Προφανώς, όσο πιο κοντά είναι η τάση πύλης-πηγής στα 10 V, τόσο καλύτερα ανάβει το τρανζίστορ. Εδώ η επίδραση της θερμοκρασίας είναι επίσης σαφώς ορατή.
Το Σχήμα 7 δείχνει την εξάρτηση της αντίστασης ανοιχτού καναλιού σε ρεύμα αποστράγγισης 20 Α από τη θερμοκρασία. Προφανώς, όσο αυξάνεται η θερμοκρασία, αυξάνεται και η αντίσταση του καναλιού.
Το σχήμα 8 δείχνει την εξάρτηση των τιμών της παρασιτικής χωρητικότητας από την εφαρμοζόμενη τάση πηγής-πηγής. Μπορεί να φανεί ότι ακόμη και αφού η τάση πηγής-αποχέτευσης ξεπεράσει το όριο των 20 V, οι χωρητικότητες δεν αλλάζουν σημαντικά.
Το σχήμα 9 δείχνει την εξάρτηση της μπροστινής πτώσης τάσης στην εσωτερική δίοδο από το μέγεθος του ρεύματος αποστράγγισης και από τη θερμοκρασία. Το Σχήμα 8 δείχνει την ασφαλή περιοχή λειτουργίας του τρανζίστορ ως συνάρτηση του μήκους του χρόνου ενεργοποίησης, του μεγέθους του ρεύματος αποστράγγισης και της τάσης πηγής αποστράγγισης.
Το Σχήμα 11 δείχνει το μέγιστο ρεύμα αποστράγγισης σε σχέση με τη θερμοκρασία της θήκης.
Τα σχήματα a και b δείχνουν το κύκλωμα μέτρησης και ένα γράφημα που δείχνει το διάγραμμα χρονισμού του ανοίγματος του τρανζίστορ κατά τη διαδικασία αύξησης της τάσης πύλης και κατά τη διαδικασία εκφόρτισης της χωρητικότητας πύλης στο μηδέν.
Το σχήμα 12 δείχνει γραφήματα της εξάρτησης του μέσου θερμικού χαρακτηριστικού του τρανζίστορ (κρυσταλλικό σώμα) από τη διάρκεια του παλμού, ανάλογα με τον κύκλο λειτουργίας.
Τα σχήματα a και b δείχνουν τη ρύθμιση μέτρησης και το γράφημα της καταστροφικής επίδρασης στο τρανζίστορ του παλμού όταν ανοίγει ο επαγωγέας.
Το σχήμα 14 δείχνει την εξάρτηση της μέγιστης επιτρεπόμενης ενέργειας του παλμού από την τιμή του διακοπτόμενου ρεύματος και τη θερμοκρασία.
Τα σχήματα α και β δείχνουν το γράφημα και το διάγραμμα των μετρήσεων του φορτίου της πύλης.
Το Σχήμα 16 δείχνει μια διάταξη μέτρησης και μια γραφική παράσταση τυπικών μεταβατικών φαινομένων στην εσωτερική δίοδο ενός τρανζίστορ.
Το τελευταίο σχήμα δείχνει την περίπτωση του τρανζίστορ IRFP460LC, τις διαστάσεις του, την απόσταση μεταξύ των ακίδων, την αρίθμησή τους: 1-gate, 2-drain, 3-east.
Έτσι, αφού διαβάσει το φύλλο δεδομένων, οποιοσδήποτε προγραμματιστής θα μπορεί να επιλέξει μια κατάλληλη ισχύ ή όχι πολύ, εφέ πεδίου ή τρανζίστορ IGBT για έναν σχεδιασμένο ή επισκευασμένο μετατροπέα ισχύος, είτε είναι μετατροπέας συγκόλλησης, εργάτη συχνότητας ή άλλος μετατροπέας μεταγωγής ισχύος.
Γνωρίζοντας τις παραμέτρους του τρανζίστορ φαινομένου πεδίου, μπορείτε να αναπτύξετε σωστά ένα πρόγραμμα οδήγησης, να διαμορφώσετε τον ελεγκτή, να εκτελέσετε θερμικούς υπολογισμούς και να επιλέξετε μια κατάλληλη ψύκτρα χωρίς να χρειάζεται να εγκαταστήσετε πάρα πολλά.