Lauko tranzistorių parametrai: kas parašyta duomenų lape
Maitinimo keitikliai ir daugelis kitų elektroninių prietaisų šiandien retai apsieina be galingų MOSFET (lauko efekto) arba IGBT tranzistoriai… Tai taikoma ir aukšto dažnio keitikliams, tokiems kaip suvirinimo inverteriai, ir įvairiems namų projektams, kurių schemų pilna internete.
Šiuo metu gaminamų galios puslaidininkių parametrai leidžia perjungti dešimčių ir šimtų amperų sroves esant iki 1000 voltų įtampai. Šių komponentų pasirinkimas šiuolaikinėje elektronikos rinkoje yra gana platus, o išsirinkti reikiamų parametrų lauko tranzistorių šiandien jokiu būdu nėra problema, nes kiekvienas save gerbiantis gamintojas konkretų lauko tranzistoriaus modelį lydi techninę dokumentaciją, kurią visada galite rasti tiek oficialioje gamintojo svetainėje, tiek pas oficialius pardavėjus.
Prieš pradėdami projektuoti tą ar tą įrenginį naudodami nurodytus maitinimo komponentus, visada turėtumėte žinoti, su kuo konkrečiai susiduriate, ypač renkantis konkretų lauko tranzistorių.Šiuo tikslu jie kreipiasi į informacinius lapus. Duomenų lapas yra oficialus elektroninių komponentų gamintojo dokumentas, kuriame yra aprašymai, parametrai, gaminio ypatybės, tipinės diagramos ir kt.
Pažiūrėkime, kokius parametrus gamintojas nurodo duomenų lape, ką jie reiškia ir kam jie skirti. Pažvelkime į IRFP460LC FET duomenų lapo pavyzdį. Tai gana populiarus HEXFET galios tranzistorius.
HEXFET reiškia tokią kristalų struktūrą, kai tūkstančiai lygiagrečiai sujungtų šešiakampių MOSFET ląstelių yra suskirstyti į vieną kristalą. Šis sprendimas leido žymiai sumažinti atviro kanalo Rds varžą (įjungta) ir leido perjungti dideles sroves. Tačiau pereikime prie parametrų, išvardytų tiesiogiai IRFP460LC iš tarptautinio lygintuvo (IR) duomenų lape, peržiūros.
Matyti Fig_IRFP460LC
Pačioje dokumento pradžioje pateikiamas scheminis tranzistoriaus vaizdas, jo elektrodų žymėjimai: G-vartai (vartai), D-drain (nutekėjimas), S-šaltinis (šaltinis), taip pat jo pagrindinis. nurodyti parametrai ir išvardytos išskirtinės savybės. Šiuo atveju matome, kad šis N kanalo FET yra skirtas maksimaliai 500 V įtampai, jo atvirojo kanalo varža yra 0,27 omo, o ribinė srovė – 20 A. Sumažintas vartų įkrovimas leidžia šį komponentą naudoti aukštoje temperatūroje. dažnio grandinės su mažomis energijos sąnaudomis perjungimo valdymui. Žemiau yra lentelė (1 pav.) su didžiausiomis leistinomis įvairių parametrų reikšmėmis įvairiais režimais.
-
Id @ Tc = 25 °C; Nuolatinė nutekėjimo srovė Vgs @ 10 V – Didžiausia nuolatinė nuolatinė nutekėjimo srovė, kai FET kūno temperatūra yra 25 °C, yra 20 A. Esant 10 V vartų šaltinio įtampai.
-
Id @ Tc = 100 °C; Nuolatinė nutekėjimo srovė Vgs @ 10 V – didžiausia nuolatinė nuolatinio nutekėjimo srovė, kai FET kūno temperatūra yra 100 °C, yra 12 A. Esant 10 V vartų šaltinio įtampai.
-
Idm @ Tc = 25 °C; Impulsinė nutekėjimo srovė – didžiausia impulsinė trumpalaikė nutekėjimo srovė, kai FET kūno temperatūra yra 25 °C, yra 80 A. Priklausomai nuo priimtinos jungties temperatūros. 11 paveiksle (11 pav.) pateikti atitinkamų ryšių paaiškinimai.
-
Pd @ Tc = 25 °C galios išsklaidymas – didžiausia tranzistoriaus korpuso išsklaidoma galia, kai korpuso temperatūra 25 °C, yra 280 W.
-
Linijinis sumažinimo koeficientas – kaskart padidėjus temperatūrai 1°C, galios išsklaidymas padidėja dar 2,2 vatais.
-
Vgs vartų į šaltinį įtampa – maksimali vartų ir šaltinio įtampa neturi būti didesnė nei +30V arba mažesnė nei -30V.
-
Eas Single Pulse Lavinche Energy — Didžiausia vieno impulso energija kanalizacijoje yra 960 mJ. Paaiškinimas pateiktas pav. 12 (12 pav.).
-
Iar lavinos srovė – didžiausia pertraukiamoji srovė yra 20 A.
-
Ausies pasikartojančios lavinos energija – maksimali pakartotinių impulsų energija kanalizacijoje neturi viršyti 28 mJ (kiekvienam impulsui).
-
dv / dt didžiausio diodo atkūrimo dv / dt - didžiausias nutekėjimo įtampos kilimo greitis yra 3,5 V / ns.
-
Tj, Tstg Sankryžos veikimo ir laikymo temperatūros diapazonas — Saugus temperatūros diapazonas nuo -55 °C iki + 150 °C.
-
Litavimo temperatūra, 10 sekundžių - maksimali litavimo temperatūra yra 300 ° C ir ne mažesniu kaip 1,6 mm atstumu nuo korpuso.
-
Montavimo momentas, 6-32 arba M3 varžtas – maksimalus korpuso tvirtinimo momentas neturi viršyti 1,1 Nm.
Žemiau pateikiama temperatūros varžų lentelė (2 pav.). Šie parametrai bus būtini renkantis tinkamą radiatorių.
-
Rjc jungtis su korpusu (kristalinis korpusas) 0,45 ° C / W.
-
Rcs Korpusas iki kriauklės, plokščias, suteptas paviršius 0,24 ° C / W
-
„Rja Junction-to-Ambient“ priklauso nuo radiatoriaus ir aplinkos sąlygų.
Šioje lentelėje pateikiamos visos būtinos FET elektrinės charakteristikos esant 25 °C temperatūrai (žr. 3 pav.).
-
V (br) dss Išėjimo įtampa iš šaltinio į šaltinį – šaltinio įtampa, kuriai esant įvyksta gedimas, yra 500 V.
-
ΔV (br) dss / ΔTj Pertraukimo įtampos temperatūra. Koeficientas - temperatūros koeficientas, gedimo įtampa, šiuo atveju 0,59 V / ° C.
-
Rds (įjungta) Statinė varža tarp šaltinio ir šaltinio - atsparumas tarp šaltinio ir atviro kanalo šaltinio esant 25 °C temperatūrai, šiuo atveju jis yra 0,27 omo. Tai priklauso nuo temperatūros, bet apie tai vėliau.
-
Vgs (th) Gres Threshold Voltage — tranzistoriaus įjungimo slenkstinė įtampa. Jei vartų šaltinio įtampa yra mažesnė (šiuo atveju 2–4 V), tranzistorius liks uždarytas.
-
gfs Forward Conductance – perdavimo charakteristikos nuolydis, lygus nutekėjimo srovės pokyčio ir vartų įtampos pokyčio santykiui. Šiuo atveju jis matuojamas esant 50 V nutekėjimo šaltinio įtampai ir 20 A išleidimo srovei. Matuojama amperais / voltais arba Siemens.
-
Idss Nuotėkio srovės nuotėkis iš šaltinio ir nutekėjimo srovė priklauso nuo šaltinio į šaltinį įtampos ir temperatūros. Matuojama mikroamperais.
-
„Igss“ nuotėkio iš vartai į šaltinį ir „Gte-to-Source“ atvirkštinio nuotėkio užtvaro nuotėkio srovė. Jis matuojamas nanoamperais.
-
Qg Total Gate Charge – įkrova, apie kurią reikia pranešti vartams, kad būtų atidarytas tranzistorius.
-
Qgs Gate-to-Source Charge-gate-to-source talpos įkrovimas.
-
Qgd „Gate-to-Drain“ („Miller“) įkrovą atitinkantis vartų į kanalizaciją įkrovimas (Miller talpos)
Šiuo atveju šie parametrai buvo matuojami esant 400 V šaltinio įtampai ir 20 A nutekėjimo srovei. Pateikta šių matavimų diagrama ir grafikas.
-
td (įjungta) Įjungimo delsos laikas – laikas atidaryti tranzistorių.
-
tr Rise Time — atidarymo impulso (kylančio krašto) kilimo laikas.
-
td (išjungta) Išjungimo delsos laikas – laikas, per kurį reikia uždaryti tranzistorių.
-
tf Fall Time — impulso kritimo laikas (tranzistoriaus užsidarymas, krentantis kraštas).
Šiuo atveju matavimai atliekami esant 250 V maitinimo įtampai, kai išleidimo srovė yra 20 A, vartų grandinės varža yra 4,3 omo, o išleidimo grandinės varža - 20 omų. Schemos ir grafikai parodyti 10 a ir b paveiksluose.
-
Ld Vidinis nutekėjimo induktyvumas — nutekėjimo induktyvumas.
-
Ls Vidinis šaltinio induktyvumas — šaltinio induktyvumas.
Šie parametrai priklauso nuo tranzistoriaus korpuso versijos. Jie yra svarbūs projektuojant vairuotoją, nes yra tiesiogiai susiję su rakto laiko parametrais, tai ypač svarbu kuriant aukšto dažnio grandines.
-
Ciss įvesties talpa – įvesties talpa, suformuota naudojant įprastinius vartų šaltinio ir vartų nutekėjimo parazitinius kondensatorius.
-
Bendra išėjimo talpa yra išėjimo talpa, kurią sudaro įprastiniai parazitiniai kondensatoriai nuo šaltinio iki šaltinio ir nuo šaltinio iki kanalizacijos.
-
Crss Reverse Transfer Capacitance — vartų nutekėjimo talpa (Miller capacitance).
Šie matavimai buvo atlikti 1 MHz dažniu, kai įtampa tarp šaltinio yra 25 V. 5 paveiksle parodyta šių parametrų priklausomybė nuo šaltinio-šaltinio įtampos.
Toliau pateiktoje lentelėje (žr. 4 pav.) aprašomos integruoto vidinio lauko tranzistoriaus diodo, paprastai esančio tarp šaltinio ir nutekėjimo, charakteristikos.
-
Is Continuous Source Current (Body Diode) – didžiausia nuolatinio šaltinio diodo srovė.
-
Ism impulsinio šaltinio srovė (kūno diodas) – didžiausia leistina impulsinė srovė per diodą.
-
Vsd diodo tiesioginė įtampa – tiesioginės įtampos kritimas per diodą esant 25 °C ir 20 A nutekėjimo srovei, kai užtvaras yra 0 V.
-
trr Reverse Recovery Time – diodo atvirkštinio atkūrimo laikas.
-
QRr Reverse Recovery Charge — diodo atkūrimo įkrovimas.
-
tonų pirmyn įjungimo laikas – diodo įjungimo laikas daugiausia priklauso nuo nutekėjimo ir šaltinio induktyvumo.
Toliau duomenų lape pateikiami duotų parametrų priklausomybės nuo temperatūros, srovės, įtampos ir tarp jų grafikai (5 pav.).
Nurodytos išleidimo srovės ribos, atsižvelgiant į išleidimo šaltinio įtampą ir užtvaro šaltinio įtampą, kai impulso trukmė yra 20 μs. Pirmasis skaičius skirtas 25 ° C temperatūrai, antrasis - 150 ° C. Temperatūros poveikis kanalo angos valdymui yra akivaizdus.
6 paveiksle grafiškai pavaizduota šio FET perdavimo charakteristika. Akivaizdu, kad kuo arčiau vartų šaltinio įtampa yra 10 V, tuo geriau tranzistorius įsijungia. Čia taip pat gana aiškiai matoma temperatūros įtaka.
7 paveiksle parodyta atviro kanalo varžos, esant 20 A drenažo srovei, priklausomybė nuo temperatūros. Akivaizdu, kad kylant temperatūrai didėja ir kanalo varža.
8 paveiksle parodyta parazitinės talpos verčių priklausomybė nuo naudojamos šaltinio-šaltinio įtampos. Matyti, kad net šaltinio-nuleidimo įtampai peržengus 20 V slenkstį, talpos iš esmės nesikeičia.
9 paveiksle parodyta vidinio diodo tiesioginės įtampos kritimo priklausomybė nuo nutekėjimo srovės dydžio ir temperatūros. 8 paveiksle parodyta saugi tranzistoriaus veikimo sritis kaip veikimo trukmės, išleidimo srovės dydžio ir nutekėjimo šaltinio įtampos funkcija.
11 paveiksle parodyta maksimali išleidimo srovė, palyginti su korpuso temperatūra.
A ir b paveiksluose parodyta matavimo grandinė ir grafikas, kuriame parodyta tranzistoriaus atsidarymo laiko diagrama didinant vartų įtampą ir iškraunant vartų talpą iki nulio.
12 paveiksle pavaizduoti tranzistoriaus (kristalinio korpuso) vidutinės šiluminės charakteristikos priklausomybės nuo impulso trukmės grafikai, priklausomai nuo darbo ciklo.
A ir b paveiksluose parodyta matavimo sąranka ir destruktyvaus poveikio impulso tranzistoriui grafikas atidarius induktorių.
14 paveiksle parodyta didžiausios leistinos impulso energijos priklausomybė nuo nutrūkusios srovės vertės ir temperatūros.
A ir b paveiksluose parodytas vartų įkrovos matavimų grafikas ir diagrama.
16 paveiksle parodyta matavimo sąranka ir tipinių tranzistoriaus vidinio diodo pereinamųjų procesų grafikas.
Paskutiniame paveikslėlyje parodytas tranzistoriaus IRFP460LC korpusas, jo matmenys, atstumas tarp kaiščių, jų numeracija: 1 vartai, 2 nutekėjimas, 3 rytai.
Taigi, bet kuris kūrėjas, perskaitęs duomenų lapą, galės pasirinkti tinkamą galią ar mažai, lauko efektą arba IGBT tranzistorių suprojektuotam ar suremontuotam galios keitikliui, nesvarbu suvirinimo inverteris, dažnio darbuotojas arba kitas maitinimo perjungimo keitiklis.
Žinodami lauko tranzistoriaus parametrus, galite kvalifikuotai sukurti tvarkyklę, sukonfigūruoti valdiklį, atlikti šiluminius skaičiavimus ir pasirinkti tinkamą aušintuvą per daug neįdiegę.