Parametrar för fälteffekttransistorer: vad som står i databladet
Strömomriktare och många andra elektroniska enheter klarar sig idag sällan utan användning av kraftfulla MOSFETs (fälteffekt) eller IGBT transistorer… Detta gäller både för högfrekvensomvandlare som svetsväxelriktare och för olika hemprojekt, vars scheman finns full på Internet.
Parametrarna för för närvarande producerade krafthalvledare tillåter omkopplingsströmmar på tiotals och hundratals ampere vid spänningar upp till 1000 volt. Valet av dessa komponenter på den moderna elektronikmarknaden är ganska brett, och att välja en fälteffekttransistor med nödvändiga parametrar är inte på något sätt ett problem idag, eftersom varje tillverkare med självrespekt åtföljer en specifik modell av en fälteffekttransistor med teknisk dokumentation, som alltid finns både på tillverkarens officiella hemsida och hos officiella återförsäljare.
Innan du fortsätter med designen av den här eller den enheten med de angivna strömförsörjningskomponenterna bör du alltid veta exakt vad du har att göra med, särskilt när du väljer en specifik fälteffekttransistor.För detta ändamål vänder de sig till informationsblad. Ett datablad är ett officiellt dokument från en tillverkare av elektroniska komponenter som innehåller beskrivningar, parametrar, produktegenskaper, typiska diagram med mera.
Låt oss se vilka parametrar tillverkaren anger i databladet, vad de betyder och vad de är till för. Låt oss titta på ett exempeldatablad för en IRFP460LC FET. Detta är en ganska populär HEXFET-effekttransistor.
HEXFET innebär en sådan kristallstruktur där tusentals parallellkopplade hexagonala MOSFET-celler är organiserade i en enda kristall. Denna lösning gjorde det möjligt att avsevärt minska motståndet hos den öppna kanalen Rds (på) och gjorde det möjligt att koppla om stora strömmar. Men låt oss gå vidare till att granska parametrarna som listas direkt i databladet för IRFP460LC från International Rectifier (IR).
Ser Fig_IRFP460LC
I början av dokumentet ges en schematisk bild av transistorn, beteckningarna på dess elektroder ges: G-gate (gate), D-drain (drain), S-source (källa) och även dess huvudsakliga parametrar är indikerade och är särskiljande kvaliteter listade. I det här fallet ser vi att denna N-kanal FET är konstruerad för en maximal spänning på 500 V, dess öppna kanals resistans är 0,27 Ohm och dess begränsningsström är 20 A. Den reducerade gate-laddningen gör att denna komponent kan användas i höga frekvenskretsar till låga energikostnader för växlingsstyrning. Nedan finns en tabell (Fig. 1) med de maximalt tillåtna värdena för olika parametrar i olika lägen.
-
Id @ Tc = 25°C; Kontinuerlig dräneringsström Vgs @ 10V — Den maximala kontinuerliga, kontinuerliga dräneringsströmmen, vid en FET-kroppstemperatur på 25 °C, är 20 A. Vid en gate-source-spänning på 10 V.
-
Id @ Tc = 100°C; Kontinuerlig dräneringsström Vgs @ 10V — Den maximala kontinuerliga, kontinuerliga dräneringsströmmen, vid en FET-kroppstemperatur på 100 °C, är 12 A. Vid en gate-source-spänning på 10 V.
-
Idm @ Tc = 25 °C; Pulsdräneringsström — Den maximala pulsen, kortvarig dräneringsström, vid en FET-kroppstemperatur på 25 °C är 80 A. Med förbehåll för en acceptabel kopplingstemperatur. Figur 11 (Figur 11) ger en förklaring av de relevanta sambanden.
-
Pd @ Tc = 25 °C Effektförlust — Den maximala effekten som förbrukas av transistorhöljet, vid en höljestemperatur på 25 °C, är 280 W.
-
Linjär reduktionsfaktor — För varje 1°C ökning av höljestemperaturen ökar effektförlusten med ytterligare 2,2 watt.
-
Vgs Gate-to-Source-spänning - Den maximala gate-to-source-spänningen bör inte vara högre än +30V eller under -30V.
-
Eas Single Pulse Avalanche Energy — Den maximala energin för en enstaka puls i avloppet är 960 mJ. En förklaring ges i fig. 12 (fig. 12).
-
Iar Avalanche Current — Den maximala avbrottsströmmen är 20 A.
-
Ear Repetitive Avalanche Energy — Den maximala energin för upprepade pulser i avloppet får inte överstiga 28 mJ (för varje puls).
-
dv / dt Peak Diode Recovery dv / dt — Den maximala ökningshastigheten för dräneringsspänningen är 3,5 V / ns.
-
Tj, Tstg Temperaturområde för kopplingsdrift och lagring — Säkert temperaturområde från -55 ° C till + 150 ° C.
-
Lödtemperatur, i 10 sekunder — den maximala lödtemperaturen är 300 ° C och på ett avstånd av minst 1,6 mm från kroppen.
-
Monteringsmoment, 6-32 eller M3 skruv — maximalt monteringsmoment för huset bör inte överstiga 1,1 Nm.
Nedan finns en tabell över temperaturmotstånd (Fig. 2.). Dessa parametrar kommer att vara nödvändiga när du väljer en lämplig radiator.
-
Rjc-koppling till hölje (kristallhölje) 0,45 ° C / W.
-
Rcs kropp till sjunka, plan, smord yta 0,24 ° C / W
-
Rja Junction-to-Ambient beror på kylflänsen och omgivningsförhållandena.
Följande tabell innehåller alla nödvändiga elektriska egenskaper hos FET vid en formtemperatur på 25 °C (se fig. 3).
-
V (br) dss Källa-till-källa-utgångsspänning – källan-till-källa-spänningen vid vilken genombrott inträffar är 500 V.
-
ΔV (br) dss / ΔTj Brytspänningstemperatur. Koefficient — temperaturkoefficient, genomslagsspänning, i detta fall 0,59 V / ° C.
-
Rds (på) Statiskt motstånd mellan källa och källa - motståndet mellan källan och källan för den öppna kanalen vid en temperatur på 25 ° C, i detta fall är det 0,27 Ohm. Det beror på temperaturen, men mer om det senare.
-
Vgs (th) Gres Threshold Voltage — tröskelspänningen för att slå på transistorn. Om grindkällans spänning är mindre (i detta fall 2 - 4 V), kommer transistorn att förbli stängd.
-
gfs Forward Conductance — Lutningen för överföringskarakteristiken lika med förhållandet mellan förändringen i kollektorström och förändringen i grindspänning. I detta fall mäts den vid en drain-source-spänning på 50 V och en drain-ström på 20 A. Mäts i ampere/volt eller Siemens.
-
Idss Källa-till-källa-läckström-drain-ström beror på källa-till-källa-spänning och temperatur. Mätt i mikroampere.
-
Igss Gate-to-Source Forward Leakage och Gate-to-Source Reverse Leakage-gate läckström. Det mäts i nanoampere.
-
Qg Total Gate Charge — laddningen som måste rapporteras till gate för att öppna transistorn.
-
Qgs Gate-to-Source Charge-gate-to-source kapacitetsavgift.
-
Qgd Gate-to-Drain («Miller») Laddningsmotsvarande gate-to-drain-laddning (Miller-kapacitanser)
I detta fall mättes dessa parametrar vid en källa-till-källa-spänning lika med 400 V och en dräneringsström på 20 A. Diagrammet och grafen för dessa mätningar visas.
-
td (på) Slå-på-fördröjningstid — tid för att öppna transistorn.
-
tr Stigtid — stigtiden för öppningspulsen (stigande flank).
-
td (av) Fördröjningstid för avstängning — tid för att stänga transistorn.
-
tf Falltid — pulsfallstid (transistorstängning, fallande flank).
I det här fallet görs mätningar vid en matningsspänning på 250 V, med en dräneringsström på 20 A, med ett grindkretsresistans på 4,3 Ohm och ett dräneringskretsmotstånd på 20 Ohm. Schemat och grafer visas i figurerna 10a och 10b.
-
Ld Intern dräneringsinduktans — dräninduktans.
-
Ls Intern källinduktans — källinduktans.
Dessa parametrar beror på versionen av transistorhuset. De är viktiga i designen av en drivrutin, eftersom de är direkt relaterade till nyckelns tidsparametrar, detta är särskilt viktigt vid utvecklingen av högfrekventa kretsar.
-
Ciss-ingångskapacitans-ingångskapacitans bildad av konventionella gate-source och gate-drain parasitkondensatorer.
-
Coss-utgångskapacitans är utgångskapacitansen som bildas av konventionella source-to-source och source-to-drain parasitiska kondensatorer.
-
Crss Reverse Transfer Capacitance — gate-drain kapacitans (Miller kapacitans).
Dessa mätningar utfördes vid en frekvens på 1 MHz, med en källa-till-källa-spänning på 25 V. Figur 5 visar beroendet av dessa parametrar på källa-till-källa-spänningen.
Följande tabell (se fig. 4) beskriver egenskaperna hos en integrerad intern fälteffekttransistordiod som konventionellt är placerad mellan source och drain.
-
Är kontinuerlig källström (Body Diode) — maximal kontinuerlig källström för dioden.
-
Ism Pulsed Source Current (Body Diode) — den maximalt tillåtna pulsströmmen genom dioden.
-
Vsd Diode Forward Voltage — Framåtspänningsfall över dioden vid 25 °C och 20 A dräneringsström när grinden är 0 V.
-
trr Reverse Recovery Time — diod omvänd återhämtningstid.
-
Qrr Reverse Recovery Charge — diodåterställningsladdning.
-
ton Framåtslagningstid - Påslagningstiden för en diod beror huvudsakligen på dränerings- och källinduktansen.
Vidare i databladet ges grafer över beroendet av de givna parametrarna på temperatur, ström, spänning och mellan dem (fig. 5).
Dräneringsströmgränser anges, beroende på drain-source-spänningen och gate-source-spänningen vid en pulslängd på 20 μs. Den första siffran är för en temperatur på 25 ° C, den andra är för 150 ° C. Effekten av temperaturen på kanalöppningens styrbarhet är uppenbar.
Figur 6 visar grafiskt överföringskarakteristiken för denna FET. Uppenbarligen, ju närmare gate-source-spänningen är 10 V, desto bättre slår transistorn på. Här syns också temperaturens inverkan ganska tydligt.
Figur 7 visar beroendet av den öppna kanalens motstånd vid en dräneringsström på 20 A på temperaturen. Uppenbarligen ökar kanalmotståndet när temperaturen ökar.
Figur 8 visar beroendet av parasitiska kapacitansvärden på den applicerade källan-källa-spänningen. Det kan ses att även efter att source-drain-spänningen passerar tröskeln på 20 V, förändras inte kapacitanserna nämnvärt.
Figur 9 visar beroendet av framåtspänningsfallet i den interna dioden på storleken på dräneringsströmmen och på temperaturen. Figur 8 visar transistorns säkra arbetsområde som en funktion av tillslagslängd, kollektorströmstorlek och kollektor-källa-spänning.
Figur 11 visar den maximala dräneringsströmmen mot hustemperaturen.
Figurerna a och b visar mätkretsen och en graf som visar tidsdiagrammet för öppningen av transistorn i processen att öka gate-spänningen och i processen att ladda ur gate-kapacitansen till noll.
Figur 12 visar grafer över beroendet av transistorns (kristallkroppens) genomsnittliga termiska karaktäristik av pulsens varaktighet, beroende på arbetscykeln.
Figurerna a och b visar mätinställningen och grafen för den destruktiva effekten på transistorn av pulsen när induktorn öppnas.
Figur 14 visar beroendet av den maximalt tillåtna energin för pulsen på värdet på den avbrutna strömmen och temperaturen.
Figurerna a och b visar grafen och diagrammet över grindladdningsmätningarna.
Figur 16 visar en mätuppställning och graf över typiska transienter i den interna dioden i en transistor.
Den sista bilden visar fallet med IRFP460LC-transistorn, dess dimensioner, avståndet mellan stiften, deras numrering: 1-grind, 2-drain, 3-öst.
Så efter att ha läst databladet kommer alla utvecklare att kunna välja en lämplig effekt eller inte mycket, fälteffekt eller IGBT-transistor för en designad eller reparerad effektomvandlare, oavsett om det är svetsväxelriktare, frekvensarbetare eller annan strömomvandlare.
Genom att känna till parametrarna för fälteffekttransistorn kan du kompetent utveckla en drivrutin, konfigurera styrenheten, utföra termiska beräkningar och välja en lämplig kylfläns utan att behöva installera för mycket.