Paràmetres dels transistors d'efecte de camp: què hi ha escrit a la fitxa tècnica
Els inversors de potència i molts altres dispositius electrònics d'avui poques vegades es fan sense l'ús de potents MOSFET (efecte de camp) o Transistors IGBT… Això s'aplica tant als convertidors d'alta freqüència com els inversors de soldadura, com a diversos projectes domèstics, els esquemes dels quals estan plens a Internet.
Els paràmetres dels semiconductors de potència produïts actualment permeten commutar corrents de desenes i centenars d'amperes a tensions de fins a 1000 volts. L'elecció d'aquests components al mercat de l'electrònica moderna és força àmplia, i triar un transistor d'efecte de camp amb els paràmetres necessaris no és de cap manera un problema avui dia, ja que cada fabricant que es precie acompanya un model específic de transistor d'efecte de camp amb documentació tècnica, que sempre es pot trobar tant al lloc web oficial del fabricant com als distribuïdors oficials.
Abans de continuar amb el disseny d'aquest o aquell dispositiu utilitzant els components d'alimentació especificats, sempre hauríeu de saber amb què esteu tractant exactament, especialment quan trieu un transistor d'efecte de camp específic.Per a això, recorren a fitxes informatives. Un full de dades és un document oficial d'un fabricant de components electrònics que conté descripcions, paràmetres, característiques del producte, diagrames típics i molt més.
Vegem quins paràmetres indica el fabricant a la fitxa, què volen dir i per a què serveixen. Vegem un exemple de full de dades per a un FET IRFP460LC. Aquest és un transistor de potència HEXFET força popular.
HEXFET implica una estructura de cristall on milers de cèl·lules MOSFET hexagonals connectades en paral·lel s'organitzen en un sol cristall. Aquesta solució va permetre reduir significativament la resistència del canal obert Rds (on) i va permetre canviar grans corrents. Tanmateix, passem a revisar els paràmetres enumerats directament a la fitxa de dades de l'IRFP460LC de l'International Rectifier (IR).
Vegeu Fig_IRFP460LC
Al principi del document, es dóna una imatge esquemàtica del transistor, es donen les designacions dels seus elèctrodes: G-gate (porta), D-drain (drenatge), S-source (font) i també la seva principal s'indiquen els paràmetres i s'enumeren qualitats distingides. En aquest cas, veiem que aquest FET de canal N està dissenyat per a una tensió màxima de 500 V, la seva resistència de canal obert és de 0,27 Ohm i el seu corrent límit és de 20 A. La càrrega reduïda de la porta permet utilitzar aquest component en altes condicions. circuits de freqüència amb baix cost energètic per al control de commutació. A continuació es mostra una taula (Fig. 1) amb els valors màxims permesos de diversos paràmetres en diferents modes.
-
Id @ Tc = 25 °C; Corrent de drenatge continu Vgs @ 10 V — El corrent de drenatge continu màxim, a una temperatura corporal del FET de 25 °C, és de 20 A. A una tensió de font de porta de 10 V.
-
Id @ Tc = 100 °C; Corrent de drenatge continu Vgs @ 10 V — El corrent de drenatge continu màxim, a una temperatura corporal del FET de 100 °C, és de 12 A. A una tensió de font de porta de 10 V.
-
Idm @ Tc = 25 °C; Corrent de drenatge de pols: el pols màxim, corrent de drenatge a curt termini, a una temperatura corporal del FET de 25 °C és de 80 A. Està subjecte a una temperatura d'unió acceptable. La figura 11 (figura 11) proporciona una explicació de les relacions rellevants.
-
Pd @ Tc = 25 °C Dissipació de potència: la potència màxima dissipada per la caixa del transistor, a una temperatura de la caixa de 25 °C, és de 280 W.
-
Factor de reducció lineal: per cada augment d'1 °C de la temperatura del cas, la dissipació de potència augmenta en 2,2 watts addicionals.
-
Tensió de la porta a la font Vgs: la tensió màxima de la porta a la font no ha de ser superior a +30V o inferior a -30V.
-
Energia d'allau d'un pols simple Eas: l'energia màxima d'un sol pols a la claveguera és de 960 mJ. Es dóna una explicació a la fig. 12 (Fig. 12).
-
Corrent d'allau Iar: el corrent màxim d'interrupció és de 20 A.
-
Energia d'allau repetitiva de l'orella: l'energia màxima dels polsos repetits a la claveguera no ha de superar els 28 mJ (per a cada pols).
-
dv / dt Peak Diode Recovery dv / dt — La velocitat màxima d'augment de la tensió de drenatge és de 3,5 V / ns.
-
Tj, Tstg Interval de temperatura d'operació i emmagatzematge de la unió — Interval de temperatura segur de -55 ° C a + 150 ° C.
-
Temperatura de soldadura, durant 10 segons: la temperatura màxima de soldadura és de 300 ° C i a una distància d'almenys 1,6 mm del cos.
-
Parell de muntatge, cargol 6-32 o M3: el parell màxim de muntatge de la carcassa no ha de superar els 1,1 Nm.
A continuació es mostra una taula de resistències a la temperatura (Fig. 2.). Aquests paràmetres seran necessaris a l'hora d'escollir un radiador adequat.
-
Unió Rjc a caixa (caixa de cristall) 0,45 ° C / W.
-
Rcs Cos per enfonsar, plana, superfície lubricada 0,24 °C/W
-
Rja Junction-to-Ambient depèn del dissipador de calor i de les condicions ambientals.
La taula següent conté totes les característiques elèctriques necessàries del FET a una temperatura de matriu de 25 ° C (vegeu la figura 3).
-
V (br) dss Tensió de sortida font a font: la tensió font a font a la qual es produeix l'avaria és de 500 V.
-
ΔV (br) dss / ΔTj Temperatura de tensió de ruptura. Coeficient: coeficient de temperatura, tensió de ruptura, en aquest cas 0,59 V / ° C.
-
Rds (on) Resistència estàtica entre font i font: la resistència entre font i font del canal obert a una temperatura de 25 ° C, en aquest cas és de 0,27 ohms. Depèn de la temperatura, però més endavant.
-
Vgs (th) Gres Threshold Voltage — la tensió llindar per encendre el transistor. Si la tensió de la font de la porta és menor (en aquest cas 2 - 4 V), el transistor romandrà tancat.
-
gfs Forward Conductance — El pendent de la característica de transferència igual a la relació entre el canvi en el corrent de drenatge i el canvi en la tensió de la porta. En aquest cas, es mesura a una tensió de drenatge-font de 50 V i un corrent de drenatge de 20 A. Mesurada en Amps/Volts o Siemens.
-
Idss El corrent de drenatge de fuga de font a font depèn de la tensió i la temperatura de la font a la font. Mesurada en microamperes.
-
Corrent de fuga de porta a font Igss i corrent de fuga inversa de porta a font. Es mesura en nanoamperes.
-
Qg Càrrega total de la porta: la càrrega que s'ha d'informar a la porta per obrir el transistor.
-
Qgs Càrrega de la porta a la font Càrrega de la capacitat de la porta a la font.
-
Qgd Gate-to-Drain («Miller») Càrrega de porta a drenatge corresponent a la càrrega (capacitàncies de Miller)
En aquest cas, aquests paràmetres es van mesurar a una tensió font a font igual a 400 V i un corrent de drenatge de 20 A. Es mostra el diagrama i el gràfic d'aquestes mesures.
-
td (activat) Turn -On Delay Time — temps per obrir el transistor.
-
tr Rise Time — el temps de pujada del pols d'obertura (front ascendent).
-
td (apagat) Turn -Off Delay Time — temps per tancar el transistor.
-
tf Fall Time — temps de caiguda del pols (tancament del transistor, front descendent).
En aquest cas, les mesures es fan a una tensió d'alimentació de 250 V, amb un corrent de drenatge de 20 A, amb una resistència del circuit de porta de 4,3 Ohm i una resistència del circuit de drenatge de 20 Ohm. Els esquemes i gràfics es mostren a les figures 10 a i b.
-
Ld Inductància de drenatge interna — inductància de drenatge.
-
Ls Inductància font interna — inductància font.
Aquests paràmetres depenen de la versió de la caixa del transistor. Són importants en el disseny d'un controlador, ja que estan directament relacionats amb els paràmetres de temporització de la clau, això és especialment important en el desenvolupament de circuits d'alta freqüència.
-
Capacitat d'entrada de Ciss Capacitat d'entrada formada per condensadors paràsits de font de porta i drenatge de porta convencionals.
-
La capacitat de sortida Coss és la capacitat de sortida formada per condensadors paràsits convencionals de font a font i font a drenatge.
-
Crss Reverse Transfer Capacitance: capacitat de drenatge de la porta (capacitància de Miller).
Aquestes mesures es van realitzar a una freqüència d'1 MHz, amb una tensió font a font de 25 V. La figura 5 mostra la dependència d'aquests paràmetres de la tensió font a font.
La taula següent (vegeu la figura 4) descriu les característiques d'un díode transistor d'efecte de camp intern integrat situat convencionalment entre la font i el drenatge.
-
És corrent de font contínua (díode corporal): corrent màxim de font contínua del díode.
-
Ism Polsed Source Current (Body Diode): corrent de pols màxim permès a través del díode.
-
Tensió directa del díode Vsd: caiguda de tensió directa a través del díode a 25 °C i corrent de drenatge de 20 A quan la porta és de 0 V.
-
trr Reverse Recovery Time — temps de recuperació inversa del díode.
-
Qrr Reverse Recovery Charge: càrrega de recuperació del díode.
-
Ton Forward Turn-On Time - El temps d'encesa d'un díode es deu principalment a la inductància de drenatge i font.
Més endavant, a la fitxa tècnica, es donen gràfics de la dependència dels paràmetres donats de la temperatura, corrent, tensió i entre ells (Fig. 5).
Es donen límits de corrent de drenatge, depenent de la tensió de la font de drenatge i la tensió de la font de la porta amb una durada de pols de 20 μs. La primera xifra és per a una temperatura de 25 ° C, la segona és per a 150 ° C. L'efecte de la temperatura sobre la controlabilitat de l'obertura del canal és obvi.
La figura 6 mostra gràficament la característica de transferència d'aquest FET. Òbviament, com més a prop estigui la tensió de la font de la porta a 10 V, millor s'encén el transistor. Aquí la influència de la temperatura també és clarament visible.
La figura 7 mostra la dependència de la resistència del canal obert a un corrent de drenatge de 20 A de la temperatura. Òbviament, a mesura que augmenta la temperatura, també ho fa la resistència del canal.
La figura 8 mostra la dependència dels valors de la capacitat paràsit de la tensió font-font aplicada. Es pot veure que fins i tot després que la tensió de drenatge de la font creua el llindar de 20 V, les capacitats no canvien significativament.
La figura 9 mostra la dependència de la caiguda de tensió directa del díode intern de la magnitud del corrent de drenatge i de la temperatura. La figura 8 mostra la regió operativa segura del transistor en funció de la durada del temps, la magnitud del corrent de drenatge i la tensió de la font de drenatge.
La figura 11 mostra el corrent de drenatge màxim en funció de la temperatura del cas.
Les figures a i b mostren el circuit de mesura i un gràfic que mostra el diagrama de temps de l'obertura del transistor en el procés d'augment de la tensió de la porta i en el procés de descàrrega de la capacitat de la porta a zero.
La figura 12 mostra gràfics de la dependència de la característica tèrmica mitjana del transistor (cos de cristall) de la durada del pols, en funció del cicle de treball.
Les figures a i b mostren la configuració de mesura i el gràfic de l'efecte destructiu sobre el transistor del pols quan s'obre l'inductor.
La figura 14 mostra la dependència de l'energia màxima admissible del pols del valor del corrent interromput i de la temperatura.
Les figures a i b mostren el gràfic i el diagrama de les mesures de càrrega de la porta.
La figura 16 mostra una configuració de mesura i un gràfic dels transitoris típics al díode intern d'un transistor.
L'última figura mostra el cas del transistor IRFP460LC, les seves dimensions, la distància entre els pins, la seva numeració: 1-porta, 2-drain, 3-est.
Així, després de llegir el full de dades, qualsevol desenvolupador podrà triar una potència adequada o no gaire, efecte de camp o transistor IGBT per a un convertidor de potència dissenyat o reparat, ja sigui. inversor de soldadura, treballador de freqüència o un altre convertidor de commutació de potència.
Coneixent els paràmetres del transistor d'efecte de camp, podeu desenvolupar de manera competent un controlador, configurar el controlador, realitzar càlculs tèrmics i triar un dissipador de calor adequat sense haver d'instal·lar massa.