Parametre for felteffekttransistorer: hvad er skrevet i databladet

Strøminvertere og mange andre elektroniske enheder i dag undværer brugen af ​​kraftige MOSFET'er (felteffekt) eller IGBT transistorer… Dette gælder både for højfrekvensomformere som f.eks. svejsevekselrettere og for forskellige hjemmeprojekter, hvis skemaer er fulde på internettet.

Parametrene for aktuelt producerede effekthalvledere tillader koblingsstrømme på tiere og hundreder af ampere ved spændinger op til 1000 volt. Valget af disse komponenter på det moderne elektronikmarked er ret bredt, og at vælge en felteffekttransistor med de nødvendige parametre er på ingen måde et problem i dag, da enhver producent med respekt for sig selv ledsager en specifik model af en felteffekttransistor med teknisk dokumentation, som altid kan findes både på producentens officielle hjemmeside og hos officielle forhandlere.

Før du fortsætter med designet af denne eller den anden enhed ved hjælp af de specificerede strømforsyningskomponenter, bør du altid vide, hvad du præcis har med at gøre, især når du vælger en specifik felteffekttransistor.Til dette formål henvender de sig til informationsblade. Et datablad er et officielt dokument fra en producent af elektroniske komponenter, der indeholder beskrivelser, parametre, produktfunktioner, typiske diagrammer og mere.

Lad os se, hvilke parametre producenten angiver i databladet, hvad de betyder, og hvad de er til. Lad os se på et eksempel på et datablad for en IRFP460LC FET. Dette er en ret populær HEXFET-effekttransistor.

HEXFET indebærer en sådan krystalstruktur, hvor tusindvis af parallelforbundne hexagonale MOSFET-celler er organiseret i en enkelt krystal. Denne løsning gjorde det muligt at reducere modstanden af ​​den åbne kanal Rds (on) betydeligt og gjorde det muligt at skifte store strømme. Men lad os gå videre til at gennemgå de parametre, der er anført direkte i databladet for IRFP460LC fra International Rectifier (IR).

Se Fig_IRFP460LC

I begyndelsen af ​​dokumentet gives et skematisk billede af transistoren, betegnelserne på dens elektroder er givet: G-gate (gate), D-drain (drain), S-source (kilde) og også dens vigtigste parametre er angivet og er opført fornemme kvaliteter. I dette tilfælde ser vi, at denne N-kanal FET er designet til en maksimal spænding på 500 V, dens åbne kanal modstand er 0,27 Ohm, og dens begrænsende strøm er 20 A. Den reducerede gate ladning gør det muligt at bruge denne komponent i høj frekvenskredsløb til lave energiomkostninger til koblingsstyring. Nedenfor er en tabel (fig. 1) med de maksimalt tilladte værdier for forskellige parametre i forskellige tilstande.

Fig. 1

• Id @ Tc = 25 °C; Kontinuerlig drænstrøm Vgs @ 10V — Den maksimale kontinuerlige, kontinuerlige drænstrøm, ved en FET kropstemperatur på 25 °C, er 20 A. Ved en gate-source spænding på 10 V.

• Id @ Tc = 100 °C; Kontinuerlig drænstrøm Vgs @ 10V — Den maksimale kontinuerlige, kontinuerlige drænstrøm, ved en FET kropstemperatur på 100 °C, er 12 A. Ved en gate-source spænding på 10 V.

• Idm @ Tc = 25 °C; Pulse Drain Current — Den maksimale puls, kortvarig drænstrøm, ved en FET kropstemperatur på 25 °C er 80 A. Med forbehold for en acceptabel overgangstemperatur. Figur 11 (Figur 11) giver en forklaring af de relevante sammenhænge.

• Pd @ Tc = 25 °C Effektdissipation — Den maksimale effekt afgivet af transistorhuset, ved en hustemperatur på 25 °C, er 280 W.

• Lineær deratingfaktor — For hver stigning på 1°C i kabinettemperaturen øges effekttabet med yderligere 2,2 watt.

• Vgs Gate-til-kilde spænding - Den maksimale gate-til-kilde spænding bør ikke være højere end +30V eller under -30V.

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

• Iar Avalanche Current — Den maksimale afbrydelsesstrøm er 20 A.

• Øre-repetitiv lavineenergi — Den maksimale energi af gentagne pulser i kloakken må ikke overstige 28 mJ (for hver puls).

• dv / dt Peak Diode Recovery dv / dt — Den maksimale stigningshastighed for drænspændingen er 3,5 V / ns.

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

• Loddetemperatur, i 10 sekunder — den maksimale loddetemperatur er 300 ° C og i en afstand på mindst 1,6 mm fra kroppen.

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

Nedenfor er en tabel over temperaturmodstande (fig. 2.). Disse parametre vil være nødvendige, når du vælger en passende radiator.

Fig. 2

• Rjc-forbindelse til kabinet (krystalhus) 0,45 ° C / W.

• Rcs Krop til synke, flad, smurt overflade 0,24 ° C / W

• Rja Junction-to-Ambient afhænger af kølepladen og de omgivende forhold.

Følgende tabel indeholder alle de nødvendige elektriske karakteristika for FET'en ved en matricetemperatur på 25 °C (se fig. 3).

Fig

• V (br) dss Kilde-til-kilde-udgangsspænding - kilde-til-kilde-spændingen, ved hvilken der opstår sammenbrud, er 500 V.

• ΔV (br) dss / ΔTj Nedbrydningsspændingstemperatur. Koefficient — temperaturkoefficient, gennembrudsspænding, i dette tilfælde 0,59 V / ° C.

• Rds (til) Statisk modstand mellem kilde og kilde - modstanden mellem kilde og kilde for den åbne kanal ved en temperatur på 25 ° C, i dette tilfælde er den 0,27 Ohm. Det afhænger af temperaturen, men mere om det senere.

• Vgs (th) Gres Threshold Voltage — tærskelspændingen for at tænde transistoren. Hvis gate-source spændingen er mindre (i dette tilfælde 2 - 4 V), forbliver transistoren lukket.

• gfs Forward Conductance — Hældningen af ​​overføringskarakteristikken lig med forholdet mellem ændringen i drænstrøm og ændringen i gatespænding. I dette tilfælde måles den ved en drain-source spænding på 50 V og en drain strøm på 20 A. Målt i ampere/volt eller Siemens.

• Idss Kilde-til-kilde lækstrøm-drænstrøm afhænger af kilde-til-kilde spænding og temperatur. Målt i mikroampere.

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

• Qg Total Gate Charge — den ladning, der skal rapporteres til porten for at åbne transistoren.

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

• Qgd Gate-to-Drain («Miller») Ladningsvarende gate-to-drain ladning (Miller-kapacitanser)

I dette tilfælde blev disse parametre målt ved en kilde-til-kilde-spænding svarende til 400 V og en drænstrøm på 20 A. Diagrammet og grafen for disse målinger er vist.

• td (tændt) Forsinket tændingstid — tid til at åbne transistoren.

• tr Stigetid — stigningstiden for åbningsimpulsen (stigende flanke).

• td (slukket) Sluk-fra-forsinkelsestid — tid til at lukke transistoren.

• tf Fall Time — pulsfaldstid (transistor lukning, faldende kant).

I dette tilfælde udføres målinger ved en forsyningsspænding på 250 V, med en drænstrøm på 20 A, med en portkredsløbsmodstand på 4,3 Ohm og en drænkredsløbsmodstand på 20 Ohm. Skemaerne og graferne er vist i figur 10a og b.

• Ld Intern dræninduktans — dræninduktans.

• Ls Intern kildeinduktans — kildeinduktans.

Disse parametre afhænger af versionen af ​​transistorhuset. De er vigtige i designet af en driver, da de er direkte relateret til nøglens timingparametre, dette er især vigtigt i udviklingen af ​​højfrekvente kredsløb.

• Ciss Input Kapacitans-input kapacitans dannet af konventionelle gate-source og gate-drain parasitære kondensatorer.

• Coss output kapacitans er udgangskapaciteten dannet af konventionelle source-to-source og source-to-drain parasitære kondensatorer.

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

Disse målinger blev udført ved en frekvens på 1 MHz, med en kilde-til-kilde-spænding på 25 V. Figur 5 viser afhængigheden af ​​disse parametre af kilde-til-kilde-spændingen.

Den følgende tabel (se fig. 4) beskriver egenskaberne for en integreret intern felteffekttransistordiode, der konventionelt er placeret mellem source og drain.

Fig.4

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

• Ism Pulsed Source Current (Body Diode) — den maksimalt tilladte pulsstrøm gennem dioden.

• Vsd Diode Forward Voltage — Fremadgående spændingsfald over dioden ved 25 °C og 20 A drænstrøm, når gate er 0 V.

• trr Reverse Recovery Time — diode reverse recovery time.

• Qrr Reverse Recovery Charge — diode recovery charge.

• ton fremad tændingstid - tændingstiden for en diode skyldes hovedsageligt dræn- og kildeinduktansen.

Yderligere i databladet er der givet grafer over de givne parametres afhængighed af temperatur, strøm, spænding og mellem dem (fig. 5).

Fig.5

Drænstrømgrænser er angivet, afhængigt af drain-source-spændingen og gate-source-spændingen ved en pulsvarighed på 20 μs. Det første tal er for en temperatur på 25 ° C, det andet er for 150 ° C. Effekten af ​​temperaturen på kanalåbningens kontrollerbarhed er indlysende.

Fig. 6

Figur 6 viser grafisk overførselskarakteristikken for denne FET. Det er klart, at jo tættere gate-kildespændingen er på 10 V, jo bedre tænder transistoren. Her er temperaturens indflydelse også ret tydeligt synlig.

Fig. 7

Figur 7 viser afhængigheden af ​​den åbne kanalmodstand ved en drænstrøm på 20 A af temperaturen. Det er klart, at når temperaturen stiger, stiger kanalmodstanden også.

Fig. 8

Figur 8 viser afhængigheden af ​​de parasitære kapacitansværdier af den påførte kilde-kildespænding. Det kan ses, at selv efter at source-drain-spændingen krydser tærsklen på 20 V, ændres kapacitanserne ikke væsentligt.

Fig. 9

Figur 9 viser afhængigheden af ​​det fremadgående spændingsfald i den interne diode af størrelsen af ​​drænstrømmen og af temperaturen. Figur 8 viser transistorens sikre driftsområde som en funktion af til-tidslængde, drænstrømstørrelse og drænkildespænding.

Fig. 10

Figur 11 viser den maksimale drænstrøm i forhold til hustemperatur.

Fig. 11

Figur a og b viser målekredsløbet og en graf, der viser timingdiagrammet for åbningen af ​​transistoren i færd med at øge gatespændingen og i færd med at aflade gatekapacitansen til nul.

Fig. 12

Figur 12 viser grafer over afhængigheden af ​​transistorens (krystallegemets) gennemsnitlige termiske karakteristik af impulsens varighed, afhængigt af arbejdscyklussen.

Fig. 13

Figur a og b viser måleopsætningen og grafen for den destruktive effekt på transistoren af ​​pulsen, når induktoren åbnes.

Fig. 14

Figur 14 viser afhængigheden af ​​den maksimalt tilladte energi af pulsen af ​​værdien af ​​den afbrudte strøm og temperaturen.

Fig. 15

Figur a og b viser grafen og diagrammet over portladningsmålingerne.

Fig. 16

Figur 16 viser en måleopsætning og graf over typiske transienter i den interne diode af en transistor.

Fig. 17

Den sidste figur viser tilfældet med IRFP460LC-transistoren, dens dimensioner, afstanden mellem benene, deres nummerering: 1-gate, 2-drain, 3-øst.

Så efter at have læst databladet, vil enhver udvikler være i stand til at vælge en passende effekt eller ikke meget, felteffekt eller IGBT-transistor til en designet eller repareret strømkonverter, hvad enten det er svejse inverter, frekvensarbejder eller anden strømskiftende konverter.

Når du kender parametrene for felteffekttransistoren, kan du kompetent udvikle en driver, konfigurere controlleren, udføre termiske beregninger og vælge en passende heatsink uden at skulle installere for meget.