Alan etkili transistörlerin parametreleri: veri sayfasında yazılanlar
Günümüzde güç inverterleri ve diğer birçok elektronik cihaz nadiren güçlü MOSFET'ler (alan etkisi) veya IGBT transistörler... Bu, hem kaynak invertörleri gibi yüksek frekanslı dönüştürücüler hem de şemaları internette dolu olan çeşitli ev projeleri için geçerlidir.
Halihazırda üretilen güç yarı iletkenlerinin parametreleri, 1000 volta kadar olan voltajlarda onlarca ve yüzlerce amperlik anahtarlama akımlarına izin verir. Modern elektronik pazarında bu bileşenlerin seçimi oldukça geniştir ve gerekli parametrelere sahip bir alan etkili transistör seçmek bugün hiçbir şekilde sorun değildir, çünkü kendine saygı duyan her üreticiye belirli bir alan etkili transistör modeli eşlik eder. her zaman hem üreticinin resmi web sitesinde hem de resmi satıcılarda bulunabilen teknik belgeler.
Belirtilen güç kaynağı bileşenlerini kullanarak şu veya bu cihazın tasarımına devam etmeden önce, özellikle belirli bir alan etkili transistör seçerken tam olarak neyle uğraştığınızı her zaman bilmelisiniz.Bu amaçla bilgi sayfalarına yönelirler. Veri sayfası, bir elektronik bileşen üreticisinin açıklamaları, parametreleri, ürün özelliklerini, tipik diyagramları ve daha fazlasını içeren resmi bir belgesidir.
Üreticinin veri sayfasında hangi parametreleri belirttiğini, ne anlama geldiklerini ve ne için olduklarını görelim. Bir IRFP460LC FET için örnek bir veri sayfasına bakalım. Bu oldukça popüler bir HEXFET güç transistörüdür.
HEXFET, binlerce paralel bağlı altıgen MOSFET hücresinin tek bir kristal halinde düzenlendiği böyle bir kristal yapıyı ifade eder. Bu çözüm, açık kanal Rds'nin (açık) direncini önemli ölçüde azaltmayı mümkün kıldı ve büyük akımları değiştirmeyi mümkün kıldı. Ancak, IRFP460LC'nin Uluslararası Doğrultucu'dan (IR) doğrudan veri sayfasında listelenen parametreleri incelemeye geçelim.
Görmek Şekil_IRFP460LC
Belgenin en başında, transistörün şematik bir görüntüsü verilir, elektrotlarının tanımları verilir: G kapısı (kapı), D tahliyesi (tahliye), S kaynağı (kaynak) ve ayrıca ana parametreler belirtilir ve listelenen ayırt edici niteliklerdir. Bu durumda, bu N-kanallı FET'in maksimum 500 V voltaj için tasarlandığını, açık kanal direncinin 0,27 Ohm ve sınır akımının 20 A olduğunu görüyoruz. Azaltılmış kapı şarjı, bu bileşenin yüksekte kullanılmasına izin verir. anahtarlama kontrolü için düşük enerji maliyetli frekans devreleri. Aşağıda, çeşitli modlarda çeşitli parametrelerin izin verilen maksimum değerlerini içeren bir tablo (Şekil 1) bulunmaktadır.
-
Kimlik @ Tc = 25 °C; Sürekli Tahliye Akımı Vgs @ 10V — 25 °C FET vücut sıcaklığında maksimum sürekli, sürekli tahliye akımı 20 A'dır. 10 V kapı kaynağı voltajında.
-
Kimlik @ Tc = 100 °C; Sürekli Tahliye Akımı Vgs @ 10V — 100 °C FET vücut sıcaklığında maksimum sürekli, sürekli tahliye akımı 12 A'dır. 10 V kapı kaynağı voltajında.
-
Idm @ Tc = 25 °C; Darbe Boşaltma Akımı — 25 °C FET vücut sıcaklığında maksimum darbe, kısa süreli boşaltma akımı 80 A'dır. Kabul edilebilir bağlantı sıcaklığına tabidir. Şekil 11 (Şekil 11), ilgili ilişkilerin açıklamasını sağlar.
-
Pd @ Tc = 25 °C Güç Tüketimi — 25 °C kasa sıcaklığında transistör kasası tarafından dağıtılan maksimum güç 280 W'tır.
-
Doğrusal Değer Azaltma Faktörü — Kasa sıcaklığındaki her 1°C'lik artış için, güç dağılımı ek 2,2 watt artar.
-
Vgs Kapıdan Kaynağa Voltaj - Kapıdan kaynağa maksimum voltaj +30V'tan yüksek veya -30V'tan düşük olmamalıdır.
-
Eas Tek Darbeli Çığ Enerjisi — Kanalizasyondaki tek darbenin maksimum enerjisi 960 mJ'dir. Şekil l'de bir açıklama verilmiştir. 12 (Şek. 12).
-
Iar Çığ Akımı — Maksimum kesinti akımı 20 A'dır.
-
Kulak Tekrarlayan Çığ Enerjisi — Kanalizasyonda tekrarlanan atımların maksimum enerjisi 28 mJ'yi (her atım için) geçmemelidir.
-
dv / dt Pik Diyot Geri Kazanımı dv / dt — Boşaltma geriliminin maksimum artış hızı 3,5 V / ns'dir.
-
Tj, Tstg Kavşak çalıştırma ve depolama sıcaklık aralığı - -55 ° C ile + 150 ° C arasında güvenli sıcaklık aralığı.
-
Lehimleme sıcaklığı, 10 saniye — maksimum lehimleme sıcaklığı 300 °C'dir ve gövdeden en az 1,6 mm uzaktadır.
-
Montaj torku, 6-32 veya M3 vida — maksimum muhafaza montaj torku 1,1 Nm'yi geçmemelidir.
Aşağıda bir sıcaklık direnci tablosu bulunmaktadır (Şek. 2.). Uygun bir radyatör seçerken bu parametreler gerekli olacaktır.
-
Kasaya Rjc bağlantısı (kristal kasa) 0,45 ° C / W.
-
Rcs Gövdeden lavaboya, düz, yağlanmış yüzey 0,24°C/W
-
Rja Junction-to-Ambient, soğutucu ve ortam koşullarına bağlıdır.
Aşağıdaki tablo, FET'in 25 ° C kalıp sıcaklığında gerekli tüm elektriksel özelliklerini içerir (bkz. Şekil 3).
-
V (br) dss Kaynaktan kaynağa çıkış gerilimi—arızanın meydana geldiği kaynaktan kaynağa gerilim 500 V'tur.
-
ΔV (br) dss / ΔTj Arıza gerilimi sıcaklığı. Katsayı — sıcaklık katsayısı, arıza gerilimi, bu durumda 0,59 V / ° C.
-
Rds (açık) Kaynak ve kaynak arasındaki statik direnç - 25 ° C sıcaklıkta açık kanalın kaynağı ile kaynağı arasındaki direnç, bu durumda 0,27 Ohm'dur. Sıcaklığa bağlıdır, ancak bundan sonra daha fazlası.
-
Vgs (th) Gres Eşik Gerilimi — transistörü açmak için eşik gerilimi. Geçit kaynağı voltajı daha düşükse (bu durumda 2 — 4 V), transistör kapalı kalacaktır.
-
gfs İleri İletkenlik — Drenaj akımındaki değişimin kapı voltajındaki değişime oranına eşit transfer karakteristiğinin eğimi. Bu durumda, 50 V'lik bir boşaltma kaynağı voltajında ve 20 A'lık bir boşaltma akımında ölçülür. Amper / Volt veya Siemens cinsinden ölçülür.
-
Idss Kaynaktan kaynağa kaçak akım-tahliye akımı, kaynaktan kaynağa voltaj ve sıcaklığa bağlıdır. Mikroamper cinsinden ölçülür.
-
Igss Kapıdan Kaynağa İleri Kaçak ve Kapıdan Kaynağa Ters Kaçak kapı kaçak akımı. Nanoamper cinsinden ölçülür.
-
Qg Total Gate Charge — transistörü açmak için kapıya bildirilmesi gereken ücret.
-
Qgs Kapıdan Kaynağa Ücreti Kapıdan kaynağa kapasite ücreti.
-
Qgd Kapıdan Tahliyeye ("Miller") Şarja karşılık gelen geçitten tahliyeye şarj (Miller kapasitansları)
Bu durumda, bu parametreler kaynaktan kaynağa 400 V'a eşit bir voltajda ve 20 A'lık bir boşaltma akımında ölçülmüştür. Bu ölçümlerin diyagramı ve grafiği gösterilmektedir.
-
td (açık) Açılma Gecikme Süresi — transistörü açma zamanı.
-
tr Rise Time — açma darbesinin yükselme süresi (yükselen kenar).
-
td (kapalı) Kapatma Gecikme Süresi — transistörü kapatma zamanı.
-
tf Düşme Süresi — darbe düşme süresi (transistör kapanması, düşen kenar).
Bu durumda, 250 V besleme geriliminde, 20 A drenaj akımında, 4,3 Ohm kapı devresi direnci ve 20 Ohm drenaj devresi direnci ile ölçümler yapılır. Şemalar ve grafikler Şekil 10 a ve b'de gösterilmektedir.
-
Ld Dahili tahliye endüktansı — tahliye endüktansı.
-
Ls Dahili kaynak endüktansı — kaynak endüktansı.
Bu parametreler, transistör kasasının versiyonuna bağlıdır. Anahtarın zamanlama parametreleriyle doğrudan ilişkili oldukları için bir sürücünün tasarımında önemlidirler, bu özellikle yüksek frekanslı devrelerin geliştirilmesinde önemlidir.
-
Ciss Giriş Kapasitansı-geleneksel geçit kaynağı ve geçit tahliyesi parazitik kapasitörler tarafından oluşturulan giriş kapasitansı.
-
Coss çıkış kapasitansı, geleneksel kaynaktan kaynağa ve kaynaktan tahliyeye parazitik kapasitörler tarafından oluşturulan çıkış kapasitansıdır.
-
Crss Ters Transfer Kapasitansı — geçit boşaltma kapasitansı (Miller kapasitansı).
Bu ölçümler, kaynaktan kaynağa 25 V'luk bir voltajla 1 MHz'lik bir frekansta gerçekleştirildi. Şekil 5, bu parametrelerin kaynaktan kaynağa olan voltajına bağımlılığını göstermektedir.
Aşağıdaki tablo (bkz. Şekil 4), geleneksel olarak kaynak ve boşaltma arasına yerleştirilmiş entegre bir dahili alan etkili transistör diyotunun özelliklerini açıklamaktadır.
-
Is Sürekli Kaynak Akımı (Gövde Diyotu) — diyotun maksimum sürekli kaynak akımı.
-
Ism Darbeli Kaynak Akımı (Gövde Diyotu) — diyot boyunca izin verilen maksimum darbe akımı.
-
Vsd Diyot İleri Gerilimi — Kapı 0 V olduğunda 25 °C'de ve 20 A boşaltma akımında diyot boyunca ileri gerilim düşüşü.
-
trr Reverse Recovery Time — diyot ters kurtarma süresi.
-
Qrr Ters Kurtarma Şarjı — diyot kurtarma şarjı.
-
ton İleri Açılma Süresi - Bir diyotun açılma süresi esas olarak boşaltma ve kaynak endüktansından kaynaklanır.
Veri sayfasında ayrıca, verilen parametrelerin sıcaklık, akım, voltaj ve aralarındaki bağımlılığının grafikleri verilmiştir (Şekil 5).
Drenaj akımı limitleri, 20 μs darbe süresinde drenaj kaynağı voltajına ve geçit kaynağı voltajına bağlı olarak verilmiştir. İlk rakam 25°C sıcaklık içindir, ikincisi 150°C sıcaklık içindir. Kanal açılımının kontrol edilebilirliği üzerinde sıcaklığın etkisi açıktır.
Şekil 6, bu FET'in aktarım özelliğini grafiksel olarak göstermektedir. Açıkçası, geçit kaynağı voltajı 10 V'a ne kadar yakınsa, transistör o kadar iyi açılır. Burada sıcaklığın etkisi de oldukça net bir şekilde görülmektedir.
Şekil 7, 20 A'lik bir boşaltma akımında açık kanal direncinin sıcaklığa bağımlılığını göstermektedir. Açıkçası, sıcaklık arttıkça kanal direnci de artar.
Şekil 8, parazit kapasitans değerlerinin uygulanan kaynak-kaynak voltajına bağımlılığını göstermektedir. Kaynak-drenaj voltajı 20 V eşiğini geçtikten sonra bile kapasitansların önemli ölçüde değişmediği görülebilir.
Şekil 9, dahili diyottaki ileri voltaj düşüşünün drenaj akımının büyüklüğüne ve sıcaklığa bağımlılığını göstermektedir. Şekil 8, transistörün güvenli çalışma bölgesini açık kalma süresi, boşaltma akımı büyüklüğü ve boşaltma kaynağı voltajının bir fonksiyonu olarak gösterir.
Şekil 11, kasa sıcaklığına karşı maksimum tahliye akımını gösterir.
Şekil a ve b, ölçüm devresini ve kapı voltajını artırma sürecinde ve kapı kapasitansını sıfıra boşaltma sürecinde transistörün açılmasının zamanlama diyagramını gösteren bir grafiği göstermektedir.
Şekil 12, görev döngüsüne bağlı olarak transistörün (kristal gövde) ortalama termal özelliğinin darbe süresine bağımlılığının grafiklerini göstermektedir.
Şekil a ve b, indüktör açıldığında darbenin transistör üzerindeki yıkıcı etkisinin ölçüm kurulumunu ve grafiğini göstermektedir.
Şekil 14, darbenin izin verilen maksimum enerjisinin kesilen akımın değerine ve sıcaklığa bağımlılığını göstermektedir.
Şekil a ve b kapı yükü ölçümlerinin grafiğini ve diyagramını göstermektedir.
Şekil 16, bir transistörün dahili diyotundaki tipik geçişlerin bir ölçüm kurulumunu ve grafiğini gösterir.
Son şekil, IRFP460LC transistörünün durumunu, boyutlarını, pimler arasındaki mesafeyi, numaralandırmalarını gösterir: 1 kapı, 2 tahliye, 3 doğu.
Bu nedenle, veri sayfasını okuduktan sonra, herhangi bir geliştirici, tasarlanmış veya onarılmış bir güç dönüştürücü için uygun bir güç veya fazla olmayan, alan etkili veya IGBT transistörü seçebilecektir. kaynak invertörü, frekans işçisi veya diğer güç anahtarlama dönüştürücü.
Alan etkili transistörün parametrelerini bilerek, yetkin bir şekilde bir sürücü geliştirebilir, denetleyiciyi yapılandırabilir, termal hesaplamalar yapabilir ve çok fazla kurulum yapmak zorunda kalmadan uygun bir soğutucu seçebilirsiniz.