Parametre for felteffekttransistorer: hva er skrevet i dataarket

Strømomformere og mange andre elektroniske enheter i dag klarer seg sjelden uten bruk av kraftige MOSFET-er (felteffekt) eller IGBT transistorer… Dette gjelder både høyfrekvente omformere som sveisevekselrettere, og ulike hjemmeprosjekter, hvor skjemaene er fulle på Internett.

Parametrene til for tiden produserte krafthalvledere tillater byttestrømmer på titalls og hundrevis av ampere ved spenninger opp til 1000 volt. Valget av disse komponentene på det moderne elektronikkmarkedet er ganske bredt, og å velge en felteffekttransistor med de nødvendige parametrene er på ingen måte et problem i dag, siden enhver produsent med respekt for seg selv følger med en spesifikk modell av en felteffekttransistor med teknisk dokumentasjon, som alltid kan finnes både på produsentens offisielle nettsted og hos offisielle forhandlere.

Før du fortsetter med utformingen av denne eller den enheten ved hjelp av de spesifiserte strømforsyningskomponentene, bør du alltid vite nøyaktig hva du har å gjøre med, spesielt når du velger en spesifikk felteffekttransistor.For dette formålet går de til informasjonsark. Et datablad er et offisielt dokument fra en produsent av elektroniske komponenter som inneholder beskrivelser, parametere, produktegenskaper, typiske diagrammer og mer.

La oss se hvilke parametere produsenten angir i dataarket, hva de betyr og hva de er for. La oss se på et eksempeldatablad for en IRFP460LC FET. Dette er en ganske populær HEXFET krafttransistor.

HEXFET innebærer en slik krystallstruktur der tusenvis av parallellkoblede sekskantede MOSFET-celler er organisert i en enkelt krystall. Denne løsningen gjorde det mulig å redusere motstanden til den åpne kanalen Rds (på) betydelig og gjorde det mulig å bytte store strømmer. La oss imidlertid gå videre til å gjennomgå parameterne som er oppført direkte i dataarket til IRFP460LC fra International Rectifier (IR).

Se Fig_IRFP460LC

Helt i begynnelsen av dokumentet er et skjematisk bilde av transistoren gitt, betegnelsene på elektrodene er gitt: G-gate (gate), D-drain (drain), S-kilde (kilde), og også dens viktigste parametere er indikert og er utmerkede kvaliteter oppført. I dette tilfellet ser vi at denne N-kanal FET er designet for en maksimal spenning på 500 V, dens åpne kanal motstand er 0,27 Ohm, og dens begrensende strøm er 20 A. Den reduserte portladningen gjør at denne komponenten kan brukes i høy frekvenskretser til lave energikostnader for svitsjekontroll. Nedenfor er en tabell (fig. 1) med maksimalt tillatte verdier for forskjellige parametere i forskjellige moduser.

Fig. 1

• Id @ Tc = 25 °C; Kontinuerlig dreneringsstrøm Vgs @ 10V — Den maksimale kontinuerlige, kontinuerlige dreneringsstrømmen, ved en FET-kroppstemperatur på 25 °C, er 20 A. Ved en gate-kildespenning på 10 V.

• Id @ Tc = 100 °C; Kontinuerlig dreneringsstrøm Vgs @ 10V — Den maksimale kontinuerlige, kontinuerlige dreneringsstrømmen, ved en FET-kroppstemperatur på 100 °C, er 12 A. Ved en gate-kildespenning på 10 V.

• Idm @ Tc = 25 °C; Pulse Drain Current — Maksimal puls, kortvarig drenstrøm, ved en FET-kroppstemperatur på 25 °C er 80 A. Med forbehold om en akseptabel overgangstemperatur. Figur 11 (Figur 11) gir en forklaring av de relevante sammenhengene.

• Pd @ Tc = 25 °C Effekttap — Den maksimale effekten som dissiperes av transistorhuset, ved en hustemperatur på 25 °C, er 280 W.

• Lineær reduksjonsfaktor — For hver økning på 1°C i kabinetttemperaturen, øker effekttapet med ytterligere 2,2 watt.

• Vgs gate-til-kilde spenning - Maksimal gate-til-kilde spenning bør ikke være høyere enn +30V eller under -30V.

• Eas Single Pulse Avalanche Energy — Den maksimale energien til en enkelt puls i kloakken er 960 mJ. En forklaring er gitt i fig. 12 (fig. 12).

• Iar Avalanche Current — Maksimal avbruddsstrøm er 20 A.

• Øre-repetitiv snøskredenergi — Maksimal energi for gjentatte pulser i kloakken skal ikke overstige 28 mJ (for hver puls).

• dv / dt Peak Diode Recovery dv / dt — Maksimal stigningshastighet for dreneringsspenningen er 3,5 V / ns.

• Tj, Tstg Temperaturområde for knutepunktdrift og lagring — Sikkert temperaturområde fra -55 ° C til + 150 ° C.

• Loddetemperatur, i 10 sekunder — maksimal loddetemperatur er 300 ° C, og i en avstand på minst 1,6 mm fra kroppen.

• Monteringsmoment, 6-32 eller M3 skrue — maksimalt monteringsmoment for huset bør ikke overstige 1,1 Nm.

Nedenfor er en tabell over temperaturmotstander (fig. 2.). Disse parametrene vil være nødvendige når du velger en passende radiator.

Fig. 2

• Rjc-forbindelse til kabinett (krystallhus) 0,45 ° C / W.

• Rcs Hus til synke, flat, smurt overflate 0,24 ° C / W

• Rja Junction-to-Ambient avhenger av kjøleribben og omgivelsesforholdene.

Følgende tabell inneholder alle nødvendige elektriske egenskaper til FET ved en dysetemperatur på 25 °C (se fig. 3).

Fig

• V (br) dss Kilde-til-kilde-utgangsspenning – kilde-til-kilde-spenningen som sammenbrudd oppstår ved er 500 V.

• ΔV (br) dss / ΔTj Brytspenningstemperatur. Koeffisient — temperaturkoeffisient, sammenbruddsspenning, i dette tilfellet 0,59 V / ° C.

• Rds (på) Statisk motstand mellom kilde og kilde - motstanden mellom kilde og kilde til den åpne kanalen ved en temperatur på 25 ° C, i dette tilfellet er den 0,27 Ohm. Det avhenger av temperaturen, men mer om det senere.

• Vgs (th) Gres Threshold Voltage — terskelspenningen for å slå på transistoren. Hvis portkildespenningen er mindre (i dette tilfellet 2 - 4 V), vil transistoren forbli lukket.

• gfs Forward Conductance — Hellingen til overføringskarakteristikken lik forholdet mellom endringen i avløpsstrøm og endringen i portspenning. I dette tilfellet måles det ved en drain-source-spenning på 50 V og en drain-strøm på 20 A. Målt i Ampere / Volt eller Siemens.

• Idss Kilde-til-kilde-lekkasjestrøm-drain-strøm avhenger av kilde-til-kilde spenning og temperatur. Målt i mikroampere.

• Igss Gate-to-Source Forward Leakage og Gate-to-Source Reverse Lekkasje-gate lekkasjestrøm. Det måles i nanoampere.

• Qg Total Gate Charge — ladningen som må rapporteres til porten for å åpne transistoren.

• Qgs Gate-to-Source Charge-gate-to-source kapasitetsavgift.

• Qgd Gate-to-Drain («Miller») Lading-tilsvarende gate-to-drain ladning (Miller-kapasitanser)

I dette tilfellet ble disse parametrene målt ved en kilde-til-kilde-spenning lik 400 V og en dreneringsstrøm på 20 A. Diagrammet og grafen for disse målingene er vist.

• td (på) Slå-på-forsinkelsestid — tid for å åpne transistoren.

• tr Stigetid — stigetiden til åpningspulsen (stigende flanke).

• td (av) Slå-av-forsinkelsestid — tid for å lukke transistoren.

• tf Falltid — pulsfallstid (transistorlukking, fallende kant).

I dette tilfellet utføres målinger ved en forsyningsspenning på 250 V, med en dreneringsstrøm på 20 A, med en portkretsmotstand på 4,3 Ohm og en dreneringskretsmotstand på 20 Ohm. Skjemaene og grafene er vist i figur 10a og b.

• Ld Intern avløpsinduktans — avløpsinduktans.

• Ls Intern kildeinduktans — kildeinduktans.

Disse parameterne avhenger av versjonen av transistorhuset. De er viktige i utformingen av en driver, siden de er direkte relatert til tidsparametrene til nøkkelen, dette er spesielt viktig i utviklingen av høyfrekvente kretser.

• Ciss Input Capacitance-input-kapasitans dannet av konvensjonelle gate-source og gate-drain parasittiske kondensatorer.

• Coss-utgangskapasitans er utgangskapasitansen dannet av konvensjonelle kilde-til-kilde og kilde-til-avløp parasittiske kondensatorer.

• Crss Reverse Transfer Capacitance — gate-drain capacitance (Miller-kapasitans).

Disse målingene ble utført ved en frekvens på 1 MHz, med en kilde-til-kilde-spenning på 25 V. Figur 5 viser avhengigheten av disse parameterne på kilde-til-kilde-spenningen.

Følgende tabell (se fig. 4) beskriver egenskapene til en integrert intern felteffekttransistordiode som er konvensjonelt plassert mellom source og drain.

Fig.4

• Er kontinuerlig kildestrøm (Body Diode) — maksimal kontinuerlig kildestrøm til dioden.

• Ism Pulsed Source Current (Body Diode) — den maksimalt tillatte pulsstrømmen gjennom dioden.

• Vsd Diode Forward Voltage — Forward spenningsfall over dioden ved 25 °C og 20 A dreneringsstrøm når porten er 0 V.

• trr Reversert gjenopprettingstid — reverseringstid for diode.

• Qrr Reverse Recovery Charge — diode recovery charge.

• ton Forward-Turn-på-tid - Tenningstiden til en diode skyldes hovedsakelig drenerings- og kildeinduktansen.

Videre i dataarket er det gitt grafer over avhengigheten av de gitte parameterne på temperatur, strøm, spenning og mellom dem (fig. 5).

Fig.5

Dreneringsstrømgrenser er gitt, avhengig av drain-source-spenningen og gate-source-spenningen ved en pulsvarighet på 20 μs. Den første figuren er for en temperatur på 25 ° C, den andre er for 150 ° C. Effekten av temperatur på kontrollerbarheten til kanalåpningen er åpenbar.

Fig. 6

Figur 6 viser grafisk overføringskarakteristikken til denne FET. Jo nærmere gate-kildespenningen er 10 V, jo bedre slår transistoren seg på. Her er også temperaturens påvirkning ganske tydelig synlig.

Fig. 7

Figur 7 viser avhengigheten av den åpne kanalmotstanden ved en dreneringsstrøm på 20 A på temperaturen. Når temperaturen øker, øker selvsagt også kanalmotstanden.

Fig. 8

Figur 8 viser avhengigheten av de parasittiske kapasitansverdiene på den påførte kilde-kildespenningen. Det kan sees at selv etter at kilde-drain-spenningen krysser terskelen på 20 V, endres ikke kapasitansene vesentlig.

Fig. 9

Figur 9 viser avhengigheten av foroverspenningsfallet i den interne dioden av størrelsen på dreneringsstrømmen og av temperaturen. Figur 8 viser transistorens sikre driftsområde som en funksjon av på-tidslengde, tømmestrømstørrelse og kildespenning.

Fig. 10

Figur 11 viser maksimal dreneringsstrøm kontra hustemperatur.

Fig. 11

Figurene a og b viser målekretsen og en graf som viser tidsdiagrammet for åpningen av transistoren i ferd med å øke portspenningen og i ferd med å lade ut portkapasitansen til null.

Fig. 12

Figur 12 viser grafer over avhengigheten av den gjennomsnittlige termiske karakteristikken til transistoren (krystalllegemet) av pulsens varighet, avhengig av driftssyklusen.

Fig. 13

Figur a og b viser måleoppsettet og grafen for den destruktive effekten på transistoren til pulsen når induktoren åpnes.

Fig. 14

Figur 14 viser avhengigheten av den maksimalt tillatte energien til pulsen av verdien av den avbrutte strømmen og temperaturen.

Fig. 15

Figur a og b viser grafen og diagrammet over portladningsmålingene.

Fig. 16

Figur 16 viser et måleoppsett og graf over typiske transienter i den interne dioden til en transistor.

Fig. 17

Den siste figuren viser saken til IRFP460LC-transistoren, dens dimensjoner, avstanden mellom pinnene, deres nummerering: 1-port, 2-drain, 3-øst.

Så, etter å ha lest dataarket, vil enhver utvikler kunne velge en passende effekt eller ikke mye, felteffekt eller IGBT-transistor for en designet eller reparert kraftomformer, det være seg sveiseomformer, frekvensarbeider eller annen strømomformer.

Når du kjenner parametrene til felteffekttransistoren, kan du kompetent utvikle en driver, konfigurere kontrolleren, utføre termiske beregninger og velge en passende kjøleribbe uten å måtte installere for mye.