Parameters van veldeffecttransistors: wat staat er in het gegevensblad
Stroomomvormers en veel andere elektronische apparaten kunnen tegenwoordig zelden zonder het gebruik van krachtige MOSFET's (veldeffect) of IGBT-transistors… Dit geldt zowel voor hoogfrequente omvormers zoals lasomvormers, als voor diverse thuisprojecten waarvan de schema's vol staan op internet.
De parameters van momenteel geproduceerde vermogenshalfgeleiders maken schakelstromen van tientallen en honderden ampères bij spanningen tot 1000 volt mogelijk. De keuze van deze componenten op de moderne elektronicamarkt is vrij breed, en het kiezen van een veldeffecttransistor met de nodige parameters is tegenwoordig geenszins een probleem, aangezien elke zichzelf respecterende fabrikant een specifiek model van een veldeffecttransistor vergezelt met technische documentatie, die altijd zowel op de officiële website van de fabrikant als bij officiële dealers te vinden is.
Voordat u doorgaat met het ontwerp van dit of dat apparaat met behulp van de gespecificeerde voedingscomponenten, moet u altijd weten waar u precies mee te maken hebt, vooral wanneer u een specifieke veldeffecttransistor kiest.Hiervoor wenden ze zich tot informatiefiches. Een gegevensblad is een officieel document van een fabrikant van elektronische componenten dat beschrijvingen, parameters, productkenmerken, typische diagrammen en meer bevat.
Laten we eens kijken welke parameters de fabrikant aangeeft in het gegevensblad, wat ze betekenen en waar ze voor zijn. Laten we eens kijken naar een voorbeeld van een gegevensblad voor een IRFP460LC FET. Dit is een redelijk populaire HEXFET-vermogenstransistor.
HEXFET impliceert zo'n kristalstructuur waarbij duizenden parallel verbonden hexagonale MOSFET-cellen zijn georganiseerd in een enkel kristal. Deze oplossing maakte het mogelijk om de weerstand van het open kanaal Rds (aan) aanzienlijk te verminderen en maakte het mogelijk om grote stromen te schakelen. Laten we echter verder gaan met het bekijken van de parameters die direct in het gegevensblad van de IRFP460LC van de International Rectifier (IR) worden vermeld.
Zien Afb_IRFP460LC
Helemaal aan het begin van het document wordt een schematisch beeld van de transistor gegeven, de aanduidingen van de elektroden worden gegeven: G-gate (gate), D-drain (drain), S-source (source), en ook de belangrijkste parameters zijn aangegeven en onderscheiden kwaliteiten vermeld. In dit geval zien we dat deze N-kanaal FET is ontworpen voor een maximale spanning van 500 V, de open kanaalweerstand is 0,27 Ohm en de begrenzingsstroom is 20 A. Door de verminderde poortlading kan dit onderdeel worden gebruikt in hoge frequentieschakelingen tegen lage energiekosten voor schakelende besturing. Hieronder staat een tabel (Fig. 1) met de maximaal toegestane waarden van verschillende parameters in verschillende modi.
-
Id @ Tc = 25°C; Continue afvoerstroom Vgs @ 10V — De maximale continue, continue afvoerstroom, bij een FET-lichaamstemperatuur van 25 °C, is 20 A. Bij een gate-source-spanning van 10 V.
-
Id @ Tc = 100°C; Continue afvoerstroom Vgs @ 10V — De maximale continue, continue afvoerstroom bij een FET-lichaamstemperatuur van 100 °C is 12 A. Bij een gate-source-spanning van 10 V.
-
Idm @ Tc = 25°C; Pulsafvoerstroom — De maximale puls, kortstondige afvoerstroom, bij een FET-lichaamstemperatuur van 25 °C is 80 A. Onderworpen aan een aanvaardbare junctietemperatuur. Figuur 11 (Figuur 11) geeft een toelichting op de relevante relaties.
-
Pd @ Tc = 25 °C Vermogensdissipatie — Het maximale vermogen dat door de behuizing van de transistor wordt gedissipeerd, bij een temperatuur van de behuizing van 25 °C, is 280 W.
-
Lineaire reductiefactor — Voor elke stijging van 1°C in de behuizingstemperatuur, neemt de vermogensdissipatie toe met nog eens 2,2 watt.
-
Vgs Gate-to-Source-spanning - De maximale gate-to-source-spanning mag niet hoger zijn dan +30V of lager dan -30V.
-
Eas Single Pulse Lawine Energy — De maximale energie van een enkele puls in het riool is 960 mJ. Een toelichting wordt gegeven in afb. 12 (Afb. 12).
-
Iar lawinestroom - De maximale onderbrekingsstroom is 20 A.
-
Ear Repetitive Lawine Energy — De maximale energie van herhaalde pulsen in het riool mag niet hoger zijn dan 28 mJ (voor elke puls).
-
dv / dt Piekdiodeherstel dv / dt — De maximale stijgingssnelheid van de afvoerspanning is 3,5 V / ns.
-
Tj, Tstg Temperatuurbereik van werking en opslag van knooppunten — Veilig temperatuurbereik van -55 °C tot +150 °C.
-
Soldeertemperatuur, gedurende 10 seconden - de maximale soldeertemperatuur is 300 ° C en op een afstand van minimaal 1,6 mm van het lichaam.
-
Montagekoppel, 6-32 of M3-schroef — het maximale montagekoppel van de behuizing mag niet hoger zijn dan 1,1 Nm.
Hieronder vindt u een tabel met temperatuurweerstanden (Fig. 2.). Deze parameters zijn nodig bij het kiezen van een geschikte radiator.
-
Rjc splitsing naar kast (kristallen kast) 0,45°C/W.
-
Rcs Lichaam tot zinken, vlak, gesmeerd oppervlak 0,24°C/W
-
Rja Junction-to-Ambient is afhankelijk van het koellichaam en de omgevingsomstandigheden.
De volgende tabel bevat alle noodzakelijke elektrische kenmerken van de FET bij een matrijstemperatuur van 25°C (zie Fig. 3).
-
V (br) dss Source-to-source uitgangsspanning—de source-to-source spanning waarbij doorslag optreedt is 500 V.
-
ΔV (br) dss / ΔTj Doorslagspanningstemperatuur. Coëfficiënt — temperatuurcoëfficiënt, doorslagspanning, in dit geval 0,59 V / ° C.
-
Rds (aan) Statische weerstand tussen bron en bron - de weerstand tussen bron en bron van het open kanaal bij een temperatuur van 25°C, in dit geval is dat 0,27 Ohm. Het hangt af van de temperatuur, maar daarover later meer.
-
Vgs (th) Gres Threshold Voltage — de drempelspanning voor het inschakelen van de transistor. Is de gate-source spanning kleiner (in dit geval 2...4 V), dan blijft de transistor gesloten.
-
gfs Forward Conductance - De helling van de overdrachtskarakteristiek gelijk aan de verhouding van de verandering in afvoerstroom tot de verandering in poortspanning. In dit geval wordt gemeten bij een drain-source spanning van 50 V en een drainstroom van 20 A. Gemeten in Ampère/Volt of Siemens.
-
Idss Source-to-source lekstroom-afvoerstroom is afhankelijk van source-to-source spanning en temperatuur. Gemeten in microampère.
-
Igss Gate-to-Source Forward Lekkage en Gate-to-Source Reverse Leakage-gate lekstroom. Het wordt gemeten in nanoampère.
-
Qg Total Gate Charge — de lading die aan de poort moet worden gerapporteerd om de transistor te openen.
-
Qgs Gate-to-Source Charge-gate-to-source capaciteitslading.
-
Qgd Gate-to-Drain ("Miller") Lading-corresponderende gate-to-drain-lading (Miller-capaciteiten)
In dit geval zijn deze parameters gemeten bij een source-to-source spanning gelijk aan 400 V en een afvoerstroom van 20 A. Het diagram en de grafiek van deze metingen worden getoond.
-
td (on) Turn-On Delay Time — tijd om de transistor te openen.
-
tr Rise Time — de stijgtijd van de openingspuls (stijgende flank).
-
td (off) Turn -Off Delay Time — tijd om de transistor te sluiten.
-
tf Fall Time — pulsvaltijd (transistorsluiting, dalende flank).
In dit geval wordt gemeten bij een voedingsspanning van 250 V, met een afvoerstroom van 20 A, met een poortcircuitweerstand van 4,3 Ohm en een afvoercircuitweerstand van 20 Ohm. De schema's en grafieken worden getoond in figuren 10 a en b.
-
Ld Interne afvoerinductantie — afvoerinductantie.
-
Ls Interne broninductantie — broninductantie.
Deze parameters zijn afhankelijk van de versie van de transistorbehuizing. Ze zijn belangrijk bij het ontwerp van een driver, omdat ze rechtstreeks verband houden met de timingparameters van de sleutel, dit is vooral belangrijk bij de ontwikkeling van hoogfrequente circuits.
-
Ciss-ingangscapaciteit - ingangscapaciteit gevormd door conventionele gate-source en gate-drain parasitaire condensatoren.
-
Coss-uitgangscapaciteit is de uitgangscapaciteit die wordt gevormd door conventionele source-to-source en source-to-drain parasitaire condensatoren.
-
Crss Omgekeerde overdrachtscapaciteit - poort-afvoercapaciteit (Miller-capaciteit).
Deze metingen zijn uitgevoerd bij een frequentie van 1 MHz, met een source-to-source spanning van 25 V. Figuur 5 toont de afhankelijkheid van deze parameters van de source-to-source spanning.
De volgende tabel (zie figuur 4) beschrijft de kenmerken van een geïntegreerde interne veldeffecttransistordiode die conventioneel tussen source en drain is geplaatst.
-
Is continue bronstroom (lichaamsdiode) - maximale continue bronstroom van de diode.
-
Ism Pulsed Source Current (Body Diode) — de maximaal toegestane pulsstroom door de diode.
-
Vsd Diode Forward Voltage - Voorwaartse spanningsval over de diode bij 25 ° C en 20 A afvoerstroom wanneer de poort 0 V is.
-
trr Reverse Recovery Time - diode omgekeerde hersteltijd.
-
Qrr Reverse Recovery Charge - diodeherstellading.
-
ton Forward Turn-On Time - De inschakeltijd van een diode is voornamelijk te wijten aan de drain- en source-inductantie.
Verderop in het gegevensblad worden grafieken gegeven van de afhankelijkheid van de gegeven parameters van temperatuur, stroom, spanning en daartussen (Fig. 5).
Er worden drainstroomlimieten gegeven, afhankelijk van de drain-source spanning en de gate-source spanning bij een pulsduur van 20 μs. Het eerste cijfer is voor een temperatuur van 25°C, het tweede voor 150°C. Het effect van temperatuur op de beheersbaarheid van de kanaalopening is duidelijk.
Figuur 6 toont grafisch de overdrachtskarakteristiek van deze FET. Het is duidelijk dat hoe dichter de gate-source-spanning bij 10 V ligt, hoe beter de transistor wordt ingeschakeld. Ook hier is de invloed van temperatuur goed zichtbaar.
Figuur 7 toont de afhankelijkheid van de open kanaalweerstand bij een afvoerstroom van 20 A van de temperatuur. Het is duidelijk dat naarmate de temperatuur stijgt, de kanaalweerstand ook toeneemt.
Figuur 8 toont de afhankelijkheid van de parasitaire capaciteitswaarden van de aangelegde bron-bronspanning. Het is te zien dat zelfs nadat de source-drain-spanning de drempel van 20 V overschrijdt, de capaciteiten niet significant veranderen.
Figuur 9 toont de afhankelijkheid van de doorlaatspanningsval in de interne diode van de grootte van de afvoerstroom en van de temperatuur. Afbeelding 8 toont het veilige werkgebied van de transistor als functie van de lengte van de aan-tijd, de grootte van de afvoerstroom en de afvoer-bronspanning.
Afbeelding 11 toont de maximale afvoerstroom versus behuizingstemperatuur.
Figuren a en b tonen het meetcircuit en een grafiek die het timingdiagram toont van het openen van de transistor tijdens het verhogen van de poortspanning en tijdens het ontladen van de poortcapaciteit tot nul.
Figuur 12 toont grafieken van de afhankelijkheid van de gemiddelde thermische karakteristiek van de transistor (kristallichaam) van de duur van de puls, afhankelijk van de duty cycle.
Figuren a en b tonen de meetopstelling en de grafiek van het destructieve effect op de transistor van de puls wanneer de inductor wordt geopend.
Figuur 14 toont de afhankelijkheid van de maximaal toelaatbare energie van de puls van de waarde van de onderbroken stroom en de temperatuur.
Figuren a en b tonen de grafiek en het diagram van de poortladingsmetingen.
Figuur 16 toont een meetopstelling en grafiek van typische transiënten in de interne diode van een transistor.
De laatste afbeelding toont de behuizing van de IRFP460LC-transistor, de afmetingen, de afstand tussen de pinnen, hun nummering: 1-gate, 2-drain, 3-oost.
Dus na het lezen van het gegevensblad kan elke ontwikkelaar een geschikt vermogen kiezen of niet veel, veldeffect of IGBT-transistor voor een ontworpen of gerepareerde stroomomvormer, of het nu gaat om lassen inverter, frequentie medewerker of andere vermogensomzetter.
Als u de parameters van de veldeffecttransistor kent, kunt u vakkundig een driver ontwikkelen, de controller configureren, thermische berekeningen uitvoeren en een geschikt koellichaam kiezen zonder al te veel te hoeven installeren.