Parametri poljskih tranzistorjev: kaj piše v podatkovnem listu
Močnostni pretvorniki in številne druge elektronske naprave danes redkokdaj ostanejo brez uporabe zmogljivih MOSFET-ov (field effect) oz. IGBT tranzistorji… To velja tako za visokofrekvenčne pretvornike, kot so varilni inverterji, kot za različne domače projekte, katerih shem je polno na internetu.
Parametri trenutno proizvedenih močnostnih polprevodnikov omogočajo preklopne tokove desetin in stotin amperov pri napetostih do 1000 voltov. Izbira teh komponent na sodobnem trgu elektronike je precej široka in izbira tranzistorja na polju s potrebnimi parametri danes nikakor ni težava, saj vsak samospoštljivi proizvajalec priloži določen model tranzistorja na polju z tehnično dokumentacijo, ki jo lahko vedno najdete tako na uradni spletni strani proizvajalca kot pri uradnih prodajalcih.
Preden nadaljujete z zasnovo te ali one naprave z uporabo določenih napajalnih komponent, morate vedno vedeti, s čim točno imate opravka, zlasti pri izbiri določenega tranzistorja na polju.V ta namen se obrnejo na informativne liste. Podatkovni list je uradni dokument proizvajalca elektronskih komponent, ki vsebuje opise, parametre, lastnosti izdelka, tipične diagrame in drugo.
Poglejmo, katere parametre proizvajalec navede v podatkovnem listu, kaj pomenijo in čemu so namenjeni. Oglejmo si primer podatkovnega lista za FET IRFP460LC. To je dokaj priljubljen močnostni tranzistor HEXFET.
HEXFET implicira takšno kristalno strukturo, kjer je na tisoče vzporedno povezanih heksagonalnih celic MOSFET organiziranih v en sam kristal. Ta rešitev je omogočila znatno zmanjšanje upora odprtega kanala Rds (on) in omogočila preklapljanje velikih tokov. Vendar pa preidimo na pregled parametrov, navedenih neposredno v podatkovnem listu IRFP460LC podjetja International Rectifier (IR).
glej Slika_IRFP460LC
Na samem začetku dokumenta je podana shematska podoba tranzistorja, podane so oznake njegovih elektrod: G-gate (vrata), D-odvod (odtok), S-vir (vir) in tudi njegova glavna parametri so navedeni in so navedene odlične lastnosti. V tem primeru vidimo, da je ta N-kanalni FET zasnovan za največjo napetost 500 V, njegov upor odprtega kanala je 0,27 Ohm, njegov mejni tok pa 20 A. Zmanjšan naboj vrat omogoča, da se ta komponenta uporablja v visokih frekvenčna vezja pri nizkih stroških energije za krmiljenje preklopov. Spodaj je tabela (slika 1) z največjimi dovoljenimi vrednostmi različnih parametrov v različnih načinih.
-
Id @ Tc = 25 °C; Neprekinjen odvodni tok Vgs @ 10 V — Največji neprekinjeni, neprekinjeni odvodni tok pri telesni temperaturi FET 25 °C je 20 A. Pri napetosti na vratih 10 V.
-
Id @ Tc = 100 °C; Neprekinjen odvodni tok Vgs @ 10 V — Največji neprekinjeni, neprekinjeni odvodni tok pri telesni temperaturi FET 100 °C je 12 A. Pri napetosti vira-izhoda 10 V.
-
Idm @ Tc = 25 °C; Impulzni odvodni tok — Največji impulzni, kratkotrajni odvodni tok pri telesni temperaturi FET 25 °C je 80 A. Ob upoštevanju sprejemljive temperature spoja. Slika 11 (Slika 11) podaja razlago ustreznih razmerij.
-
Pd @ Tc = 25 °C Disipacija moči — Največja moč, ki jo disipira ohišje tranzistorja pri temperaturi ohišja 25 °C, je 280 W.
-
Linearni faktor zmanjšanja — Za vsak 1 °C dvig temperature ohišja se disipacija moči poveča za dodatnih 2,2 vata.
-
Vgs Napetost od vrat do izvora - Največja napetost od vrat do izvora ne sme biti višja od +30 V ali pod -30 V.
-
Eas Eas Single Pulse Avalanche Energy — največja energija posameznega impulza v kanalizaciji je 960 mJ. Razlaga je podana na sl. 12 (slika 12).
-
Iar Lavinski tok — Največji prekinitveni tok je 20 A.
-
Ušesna ponavljajoča se plazovna energija — največja energija ponavljajočih se impulzov v kanalizaciji ne sme preseči 28 mJ (za vsak impulz).
-
dv / dt Peak Diode Recovery dv / dt — Največja hitrost dviga odvodne napetosti je 3,5 V / ns.
-
Tj, Tstg Temperaturno območje delovanja spoja in skladiščenja — Varno temperaturno območje od -55 °C do +150 °C.
-
Temperatura spajkanja, 10 sekund — najvišja temperatura spajkanja je 300 ° C in na razdalji najmanj 1,6 mm od telesa.
-
Montažni moment, vijak 6-32 ali M3 — največji pritrdilni moment ohišja ne sme presegati 1,1 Nm.
Spodaj je tabela temperaturnih uporov (slika 2.). Ti parametri bodo potrebni pri izbiri primernega radiatorja.
-
Rjc spoj z ohišjem (kristalno ohišje) 0,45 °C/W.
-
Rcs Telo do umivalnika, ravna, namazana površina 0,24 °C/W
-
Rja Junction-to-Ambient je odvisen od hladilnika in okoljskih pogojev.
Naslednja tabela vsebuje vse potrebne električne značilnosti FET pri temperaturi matrice 25 °C (glej sliko 3).
-
V (br) dss Izhodna napetost od vira do vira—napetost od vira do vira, pri kateri pride do okvare, je 500 V.
-
ΔV (br) dss / ΔTj Temperatura prebojne napetosti. Koeficient - temperaturni koeficient, prebojna napetost, v tem primeru 0,59 V / ° C.
-
Rds (on) Statični upor med virom in virom - upor med virom in virom odprtega kanala pri temperaturi 25 °C, v tem primeru je 0,27 Ohm. Odvisno od temperature, a o tem kasneje.
-
Vgs (th) Gres Threshold Voltage — mejna napetost za vklop tranzistorja. Če je napetost gate-source manjša (v tem primeru 2-4 V), bo tranzistor ostal zaprt.
-
gfs Predhodna prevodnost — naklon prenosne karakteristike, ki je enak razmerju med spremembo odtočnega toka in spremembo napetosti vrat. V tem primeru se meri pri napetosti odvod-izvor 50 V in odvodnem toku 20 A. Merjeno v A/V ali Siemens.
-
Idss Tok uhajanja od vira do vira je odvisen od napetosti in temperature od vira do vira. Merjeno v mikroamperih.
-
Igss Gate-to-Source Forward Leakage in Gate-to-Source Reverse Leakage-gate uhajanje toka. Izmeri se v nanoamperih.
-
Qg Total Gate Charge — naboj, ki ga je treba sporočiti vratom, da se odpre tranzistor.
-
Qgs Gate-to-Source Charge - polnjenje zmogljivosti od vrat do vira.
-
Qgd Gate-to-Drain («Miller») Naboj, ki ustreza naboju od vrat do odtoka (Millerjeva kapacitivnost)
V tem primeru so bili ti parametri izmerjeni pri napetosti vir-vir enaki 400 V in odtočnem toku 20 A. Prikazana sta diagram in graf teh meritev.
-
td (on) Turn -On Delay Time — čas za odpiranje tranzistorja.
-
tr Rise Time — čas vzpona začetnega impulza (naraščajoči rob).
-
td (izklopljen) Turn -Off Delay Time — čas za zaprtje tranzistorja.
-
tf Fall Time — čas padanja impulza (zapiranje tranzistorja, padajoči rob).
V tem primeru se meritve izvajajo pri napajalni napetosti 250 V, z odtočnim tokom 20 A, z uporom vratnega vezja 4,3 Ohma in uporom odtočnega vezja 20 Ohmov. Sheme in grafi so prikazani na slikah 10 a in b.
-
Ld Notranja odtočna induktivnost — odtočna induktivnost.
-
Ls Notranja induktivnost vira — induktivnost vira.
Ti parametri so odvisni od različice ohišja tranzistorja. Pomembni so pri načrtovanju gonilnika, saj so neposredno povezani s časovnimi parametri ključa, kar je še posebej pomembno pri razvoju visokofrekvenčnih vezij.
-
Vhodna kapacitivnost Ciss-vhodna kapacitivnost, ki jo tvorijo običajni parazitni kondenzatorji z vrati in odvodom.
-
Izhodna kapacitivnost Coss je izhodna kapacitivnost, ki jo tvorijo običajni parazitni kondenzatorji od vira do vira in od vira do odtoka.
-
Crss povratna prenosna kapacitivnost — kapacitivnost vrat-odtok (Millerjeva kapacitivnost).
Te meritve so bile izvedene pri frekvenci 1 MHz, z napetostjo vir-vir 25 V. Slika 5 prikazuje odvisnost teh parametrov od napetosti vir-vir.
Naslednja tabela (glej sliko 4) opisuje značilnosti integrirane notranje tranzistorske diode z učinkom polja, ki je običajno nameščena med virom in odtokom.
-
Ali je tok neprekinjenega vira (ohišje diode) — največji neprekinjeni tok vira diode.
-
Ism Pulsed Source Current (Body Diode) — največji dovoljeni impulzni tok skozi diodo.
-
Vsd diodna napetost naprej — padec napetosti naprej na diodi pri 25 °C in 20 A odtočnega toka, ko so vrata 0 V.
-
trr Reverse Recovery Time — čas povratne obnovitve diode.
-
Qrr Reverse Recovery Charge — naboj diode za obnovitev.
-
ton Napredni vklopni čas - Vklopni čas diode je v glavnem posledica induktivnosti odtoka in vira.
Nadalje v podatkovnem listu so podani grafi odvisnosti danih parametrov od temperature, toka, napetosti in med njimi (slika 5).
Omejitve odvodnega toka so podane, odvisno od napetosti odtok-izvor in napetosti vrata-izvor pri trajanju impulza 20 μs. Prva številka je za temperaturo 25 ° C, druga je za 150 ° C. Vpliv temperature na regulacijo odprtine kanala je očiten.
Slika 6 grafično prikazuje karakteristiko prenosa tega FET. Očitno je, da bližje kot je napetost gate-source 10 V, bolje se vklopi tranzistor. Tu je tudi precej jasno viden vpliv temperature.
Slika 7 prikazuje odvisnost upora odprtega kanala pri odtočnem toku 20 A od temperature. Očitno se z naraščanjem temperature povečuje tudi upor kanala.
Slika 8 prikazuje odvisnost vrednosti parazitske kapacitivnosti od uporabljene napetosti vir-vir. Vidimo lahko, da se tudi po tem, ko napetost izvor-odtok preseže prag 20 V, kapacitivnosti ne spremenijo bistveno.
Slika 9 prikazuje odvisnost padca napetosti naprej v notranji diodi od velikosti odtočnega toka in od temperature. Slika 8 prikazuje območje varnega delovanja tranzistorja kot funkcijo dolžine vklopa, velikosti odtočnega toka in napetosti odtok-izvor.
Slika 11 prikazuje največji odtočni tok v odvisnosti od temperature ohišja.
Sliki a in b prikazujeta merilno vezje in graf, ki prikazuje časovni diagram odpiranja tranzistorja v procesu povečevanja napetosti vrat in v procesu praznjenja kapacitivnosti vrat na nič.
Slika 12 prikazuje grafe odvisnosti povprečne toplotne karakteristike tranzistorja (kristalnega telesa) od trajanja impulza, odvisno od delovnega cikla.
Sliki a in b prikazujeta merilno postavitev in graf destruktivnega učinka impulza na tranzistor ob odprtju induktorja.
Na sliki 14 je prikazana odvisnost največje dovoljene energije impulza od vrednosti prekinjenega toka in temperature.
Sliki a in b prikazujeta graf in diagram meritev naboja vrat.
Slika 16 prikazuje nastavitev meritev in graf tipičnih prehodnih pojavov v notranji diodi tranzistorja.
Zadnja slika prikazuje primer tranzistorja IRFP460LC, njegove dimenzije, razdaljo med nožicami, njihovo oštevilčenje: 1-vrata, 2-odtok, 3-vzhod.
Tako bo vsak razvijalec po branju podatkovnega lista lahko izbral ustrezen tranzistor z močjo ali malo, poljski učinek ali IGBT tranzistor za zasnovan ali popravljen pretvornik moči, pa naj bo varilni inverter, frekvenčni delavec ali drug pretvornik moči.
Če poznate parametre tranzistorja na polju, lahko kompetentno razvijete gonilnik, konfigurirate krmilnik, izvedete toplotne izračune in izberete ustrezen hladilnik, ne da bi morali namestiti preveč.