פרמטרים של טרנזיסטורי אפקט שדה: מה כתוב בגיליון הנתונים
ממירי מתח ומכשירים אלקטרוניים רבים אחרים כיום כמעט ולא עושים שימוש ב-MOSFETs חזקים (אפקט שדה) או טרנזיסטורי IGBT... זה תקף הן לממירים בתדר גבוה כמו ממירי ריתוך והן לפרויקטים ביתיים שונים, שהסכמות שלהם מלאות באינטרנט.
הפרמטרים של מוליכים למחצה המיוצרים כיום מאפשרים מיתוג זרמים של עשרות ומאות אמפר במתחים של עד 1000 וולט. הבחירה ברכיבים אלו בשוק האלקטרוניקה המודרני היא רחבה למדי, והבחירה בטרנזיסטור אפקט שדה עם הפרמטרים הדרושים אינה מהווה בעיה כיום, שכן כל יצרן שמכבד את עצמו מלווה דגם ספציפי של טרנזיסטור אפקט שדה עם תיעוד טכני, אשר תמיד ניתן למצוא הן באתר הרשמי של היצרן והן אצל סוכנים רשמיים.
לפני שתמשיך בתכנון של מכשיר זה או אחר באמצעות רכיבי אספקת החשמל שצוינו, עליך לדעת תמיד עם מה בדיוק אתה מתמודד, במיוחד בעת בחירת טרנזיסטור אפקט שדה ספציפי.לצורך כך הם פונים לדפי מידע. גיליון נתונים הוא מסמך רשמי של יצרן רכיבים אלקטרוניים המכיל תיאורים, פרמטרים, מאפייני מוצר, דיאגרמות טיפוסיות ועוד.
בואו נראה אילו פרמטרים מציין היצרן בגיליון הנתונים, למה הם מתכוונים ולמה הם מיועדים. בואו נסתכל על גיליון נתונים לדוגמה עבור FET IRFP460LC. זהו טרנזיסטור כוח HEXFET פופולרי למדי.
HEXFET מרמז על מבנה גבישי כזה שבו אלפי תאי MOSFET משושה המחוברים במקביל מאורגנים לכדי גביש אחד. פתרון זה איפשר להפחית משמעותית את ההתנגדות של הערוץ הפתוח Rds (מופעל) ואיפשר להחליף זרמים גדולים. עם זאת, הבה נעבור לסקור את הפרמטרים הרשומים ישירות בגיליון הנתונים של ה-IRFP460LC מה-International Rectifier (IR).
לִרְאוֹת Fig_IRFP460LC
ממש בתחילת המסמך ניתנת תמונה סכמטית של הטרנזיסטור, ייעודי האלקטרודות שלו ניתנים: שער G (שער), D-drain (נקז), S-source (מקור), וגם הראשי שלו. פרמטרים מצוינים ומופיעים איכויות נבדלות. במקרה זה, אנו רואים ש-FET N-channel זה מיועד למתח מרבי של 500 וולט, התנגדות הערוץ הפתוח שלו היא 0.27 אוהם, והזרם המגביל שלו הוא 20 A. טעינת השער המופחתת מאפשרת שימוש ברכיב זה במצב גבוה. מעגלי תדר בעלויות אנרגיה נמוכות לבקרת מיתוג. להלן טבלה (איור 1) עם הערכים המרביים המותרים של פרמטרים שונים במצבים שונים.
-
Id @ Tc = 25 מעלות צלזיוס; זרם ניקוז רציף Vgs @ 10V — זרם הניקוז המרבי הרציף, בטמפרטורת גוף FET של 25 מעלות צלזיוס, הוא 20 A. במתח מקור שער של 10 וולט.
-
Id @ Tc = 100°C; זרם ניקוז רציף Vgs @ 10V — זרם הניקוז המרבי המתמשך, בטמפרטורת גוף FET של 100 מעלות צלזיוס, הוא 12 A. במתח מקור שער של 10 וולט.
-
Idm @ Tc = 25 °C; זרם ניקוז דופק - הדופק המרבי, זרם ניקוז לטווח קצר, בטמפרטורת גוף FET של 25 מעלות צלזיוס הוא 80 A. בכפוף לטמפרטורת צומת מקובלת. איור 11 (איור 11) מספק הסבר על הקשרים הרלוונטיים.
-
Pd @ Tc = 25 מעלות צלזיוס פיזור הספק — ההספק המרבי המופץ על ידי מארז הטרנזיסטור, בטמפרטורת המארז של 25 מעלות צלזיוס, הוא 280 וואט.
-
מקדם ירידה ליניארי - עבור כל עלייה של 1°C בטמפרטורת המארז, פיזור הכוח גדל ב-2.2 וואט נוספים.
-
מתח שער למקור Vgs - מתח השער למקור המרבי לא צריך להיות גבוה מ-+30V או מתחת ל-30V.
-
Eas Single Pulse Avalanche Energy - האנרגיה המקסימלית של פעימה בודדת בביוב היא 960 mJ. הסבר ניתן באיור. 12 (איור 12).
-
Iar Avalanche Current — זרם הפסקת המרבי הוא 20 A.
-
אנרגיית מפולת חוזרת של האוזן - האנרגיה המקסימלית של פולסים חוזרים בביוב לא תעלה על 28 mJ (עבור כל פעימה).
-
שחזור דיודות שיא dv / dt dv / dt — קצב העלייה המרבי של מתח הניקוז הוא 3.5 וולט / ns.
-
Tj, Tstg טווח טמפרטורות של תפעול ואחסון צומת - טווח טמפרטורות בטוח מ-55 מעלות צלזיוס עד +150 מעלות צלזיוס.
-
טמפרטורת הלחמה, למשך 10 שניות - טמפרטורת ההלחמה המרבית היא 300 מעלות צלזיוס, ובמרחק של לפחות 1.6 מ"מ מהגוף.
-
מומנט הרכבה, בורג 6-32 או M3 - מומנט הרכבה המרבי לא יעלה על 1.1 ננומטר.
להלן טבלה של התנגדויות לטמפרטורה (איור 2.). פרמטרים אלה יהיו הכרחיים בעת בחירת רדיאטור מתאים.
-
צומת Rjc למארז (מארז קריסטל) 0.45°C/W.
-
Rcs גוף לשקוע, משטח שטוח, משומן 0.24°C/W
-
Rja Junction-to-Ambient תלוי בגוף הקירור ובתנאי הסביבה.
הטבלה הבאה מכילה את כל המאפיינים החשמליים הדרושים של ה-FET בטמפרטורת קוביות של 25 מעלות צלזיוס (ראה איור 3).
-
V (br) dss מתח מוצא מקור למקור - מתח המקור למקור שבו מתרחש התמוטטות הוא 500 וולט.
-
ΔV (br) dss / ΔTj טמפרטורת מתח התמוטטות. מקדם - מקדם טמפרטורה, מתח פירוק, במקרה זה 0.59 V / ° C.
-
Rds (מופעל) התנגדות סטטית בין מקור למקור - ההתנגדות בין מקור למקור של התעלה הפתוחה בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס, במקרה זה היא 0.27 אוהם. זה תלוי בטמפרטורה, אבל על זה בהמשך.
-
Vgs (th) Gres Threshold Voltage - מתח הסף להפעלת הטרנזיסטור. אם מתח מקור השער קטן (במקרה זה 2 - 4 V), הטרנזיסטור יישאר סגור.
-
מוליכות קדימה gfs - השיפוע של מאפיין ההעברה שווה ליחס בין השינוי בזרם הניקוז לשינוי במתח השער. במקרה זה, הוא נמדד במתח מקור ניקוז של 50 V וזרם ניקוז של 20 A. נמדד באמפר / וולט או סימנס.
-
זרם ניקוז זרם דליפה של מקור למקור תלוי במתח ובטמפרטורה של מקור למקור. נמדד במיקרו אמפר.
-
Igss Gate-to-Source Forward Leakage ו-gate-to-Source Reverse Leakage-gate Leakage. הוא נמדד בננואמפר.
-
Qg Total Gate Charge - המטען שיש לדווח לשער כדי לפתוח את הטרנזיסטור.
-
Qgs שער למקור טעינת קיבולת טעינה שער למקור.
-
Qgd Gate-to-Drain («Miller») טעינה מקבילה לשער לניקוז (קיבולי מילר)
במקרה זה, פרמטרים אלה נמדדו במתח מקור למקור השווה ל-400 V וזרם ניקוז של 20 A. התרשים והגרף של מדידות אלה מוצגים.
-
td (מופעל) זמן עיכוב הפעלה - זמן פתיחת הטרנזיסטור.
-
tr Rise Time - זמן העלייה של דופק הפתיחה (קצה עולה).
-
td (כבוי) זמן השהיית כיבוי - זמן סגירת הטרנזיסטור.
-
tf Time Fall - זמן נפילת דופק (סגירת טרנזיסטור, קצה נופל).
במקרה זה, המדידות מתבצעות במתח אספקה של 250 וולט, עם זרם ניקוז של 20 A, עם התנגדות מעגל שער של 4.3 אוהם והתנגדות מעגל ניקוז של 20 אוהם. הסכמות והגרפים מוצגים באיורים 10 א ו-ב.
-
Ld Inductance ניקוז פנימי - השראות ניקוז.
-
Ls השראות מקור פנימית - אינדוקציית מקור.
פרמטרים אלה תלויים בגרסה של מארז הטרנזיסטור. הם חשובים בתכנון של דרייבר, מכיוון שהם קשורים ישירות לפרמטרי התזמון של המפתח, זה חשוב במיוחד בפיתוח מעגלים בתדר גבוה.
-
קיבול כניסת Ciss קיבול קלט הנוצר על ידי קבלים טפיליים קונבנציונליים של מקור שער ו-gate-drain.
-
קיבול מוצא Coss הוא קיבול המוצא הנוצר על ידי קבלים טפיליים מקור למקור ומקור לניקוז קונבנציונליים.
-
Crss Reverse Transfer Capacitance - קיבול ניקוז שער (קיבול מילר).
מדידות אלו בוצעו בתדר של 1 מגה-הרץ, עם מתח מקור למקור של 25 וולט. איור 5 מציג את התלות של פרמטרים אלו במתח מקור למקור.
הטבלה הבאה (ראה איור 4) מתארת את המאפיינים של דיודה משולבת טרנזיסטור עם אפקט שדה פנימי הממוקמת באופן קונבנציונלי בין מקור לניקוז.
-
האם זרם מקור רציף (דיודה גוף) - זרם מקור רציף מקסימלי של הדיודה.
-
Ism Pulsed Source Current (Body Diode) - זרם הפולס המרבי המותר דרך הדיודה.
-
מתח קדמי של דיודה Vsd - נפילת מתח קדימה על פני הדיודה ב-25 מעלות צלזיוס וזרם ניקוז של 20 A כאשר השער הוא 0 וולט.
-
trr Reverse Recovery Time - זמן התאוששות הפוך של דיודה.
-
Qrr Reverse Recovery Charge - טעינת שחזור דיודה.
-
טון זמן הפעלה קדימה - זמן הדלקה של דיודה נובע בעיקר משראות הניקוז והמקור.
בהמשך גיליון הנתונים ניתנים גרפים של התלות של הפרמטרים הנתונים בטמפרטורה, זרם, מתח וביניהם (איור 5).
ניתנות מגבלות זרם ניקוז, בהתאם למתח מקור הניקוז ולמתח מקור השער בפולסים של 20 מיקרון. הנתון הראשון הוא עבור טמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס, השני הוא עבור 150 מעלות צלזיוס. השפעת הטמפרטורה על יכולת השליטה של פתח הערוץ ברורה.
איור 6 מציג באופן גרפי את מאפיין ההעברה של FET זה. ברור שככל שמתח מקור השער קרוב יותר ל-10 וולט, כך הטרנזיסטור נדלק טוב יותר. כאן גם השפעת הטמפרטורה נראית בבירור.
איור 7 מציג את התלות של התנגדות התעלה הפתוחה בזרם ניקוז של 20 A בטמפרטורה. ברור שככל שהטמפרטורה עולה, כך גם התנגדות הערוץ עולה.
איור 8 מציג את התלות של ערכי הקיבול הטפיליים במתח המקור-מקור המופעל. ניתן לראות שגם לאחר שמתח המקור-ניקוז חוצה את הסף של 20V, הקיבולים אינם משתנים באופן משמעותי.
איור 9 מציג את התלות של מפל המתח קדימה בדיודה הפנימית בגודל זרם הניקוז ובטמפרטורה. איור 8 מציג את אזור הפעולה הבטוח של הטרנזיסטור כפונקציה של אורך ההפעלה, גודל זרם הניקוז ומתח מקור הניקוז.
איור 11 מציג את זרם הניקוז המרבי לעומת טמפרטורת המארז.
איורים a ו-b מציגים את מעגל המדידה וגרף המציג את דיאגרמת התזמון של פתיחת הטרנזיסטור בתהליך הגדלת מתח השער ובתהליך פריקת קיבול השער לאפס.
איור 12 מציג גרפים של התלות של המאפיין התרמי הממוצע של הטרנזיסטור (גוף הגביש) במשך הדופק, בהתאם למחזור העבודה.
איורים a ו-b מציגים את מערך המדידה ואת גרף ההשפעה ההרסנית על הטרנזיסטור של הדופק כאשר המשרן נפתח.
איור 14 מציג את התלות של האנרגיה המקסימלית המותרת של הדופק בערך הזרם המופרע והטמפרטורה.
איורים a ו-b מציגים את הגרף והתרשים של מדידות מטען השער.
איור 16 מציג הגדרת מדידה וגרף של טרנזיינטים טיפוסיים בדיודה הפנימית של טרנזיסטור.
האיור האחרון מציג את המקרה של טרנזיסטור IRFP460LC, מידותיו, המרחק בין הפינים, המספור שלהם: שער 1, 2 ניקוז, 3 מזרח.
אז, לאחר קריאת דף הנתונים, כל מפתח יוכל לבחור כוח מתאים או לא הרבה, אפקט שדה או טרנזיסטור IGBT עבור ממיר כוח מעוצב או מתוקן, בין אם זה מהפך ריתוך, עובד תדר או ממיר מיתוג מתח אחר.
הכרת הפרמטרים של טרנזיסטור אפקט שדה, אתה יכול לפתח דרייבר במיומנות, להגדיר את הבקר, לבצע חישובים תרמיים ולבחור גוף קירור מתאים מבלי להתקין יותר מדי.