พารามิเตอร์ของทรานซิสเตอร์ภาคสนาม: สิ่งที่เขียนไว้ในแผ่นข้อมูล

อินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ ในปัจจุบันแทบไม่ได้ทำโดยไม่ต้องใช้ MOSFET อันทรงพลัง (เอฟเฟ็กต์สนาม) หรือ IGBT ทรานซิสเตอร์… สิ่งนี้ใช้ได้ทั้งกับตัวแปลงความถี่สูง เช่น อินเวอร์เตอร์สำหรับเชื่อม และกับโครงการบ้านต่างๆ ซึ่งมีแผนผังทั้งหมดอยู่บนอินเทอร์เน็ต

พารามิเตอร์ของเซมิคอนดักเตอร์กำลังที่ผลิตในปัจจุบันอนุญาตให้กระแสสลับหลายสิบและหลายร้อยแอมแปร์ที่แรงดันไฟฟ้าสูงถึง 1,000 โวลต์ ทางเลือกของส่วนประกอบเหล่านี้ในตลาดอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่นั้นค่อนข้างกว้าง และการเลือกทรานซิสเตอร์ภาคสนามพร้อมพารามิเตอร์ที่จำเป็นนั้นไม่ได้เป็นปัญหาเลยในปัจจุบัน เนื่องจากผู้ผลิตที่เคารพตนเองทุกรายมาพร้อมกับรุ่นเฉพาะของทรานซิสเตอร์ภาคสนามด้วย เอกสารทางเทคนิคซึ่งสามารถพบได้ทั้งในเว็บไซต์อย่างเป็นทางการของผู้ผลิตและที่ตัวแทนจำหน่ายอย่างเป็นทางการ

ก่อนดำเนินการออกแบบอุปกรณ์นี้หรืออุปกรณ์นั้นโดยใช้ส่วนประกอบแหล่งจ่ายไฟที่ระบุ คุณควรทราบเสมอว่าคุณกำลังจัดการกับอะไร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเลือกทรานซิสเตอร์ฟิลด์เอฟเฟกต์เฉพาะเพื่อจุดประสงค์นี้พวกเขาจึงหันไปใช้เอกสารข้อมูล แผ่นข้อมูลเป็นเอกสารอย่างเป็นทางการจากผู้ผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่มีคำอธิบาย พารามิเตอร์ คุณลักษณะของผลิตภัณฑ์ ไดอะแกรมทั่วไป และอื่นๆ

มาดูกันว่าพารามิเตอร์ใดที่ผู้ผลิตระบุในแผ่นข้อมูล ความหมายและสิ่งที่พวกเขาใช้ ลองดูตัวอย่างแผ่นข้อมูลสำหรับ IRFP460LC FET นี่คือทรานซิสเตอร์พลังงาน HEXFET ที่ได้รับความนิยมพอสมควร

HEXFET หมายถึงโครงสร้างผลึกที่ซึ่งเซลล์ MOSFET หกเหลี่ยมที่เชื่อมต่อขนานกันหลายพันเซลล์ถูกจัดระเบียบเป็นผลึกเดี่ยว โซลูชันนี้ทำให้สามารถลดความต้านทานของช่องเปิดได้อย่างมาก (เปิด) และทำให้สามารถเปลี่ยนกระแสขนาดใหญ่ได้ อย่างไรก็ตาม เรามาทบทวนพารามิเตอร์ที่แสดงโดยตรงในแผ่นข้อมูลของ IRFP460LC จาก International Rectifier (IR)

ดู รูปที่_IRFP460LC

ที่จุดเริ่มต้นของเอกสารจะได้รับภาพวงจรของทรานซิสเตอร์การกำหนดอิเล็กโทรดจะได้รับ: G-gate (เกต), D-drain (เดรน), S-source (ซอร์ส) และหลัก มีการระบุพารามิเตอร์และมีการระบุคุณสมบัติที่โดดเด่น ในกรณีนี้ เราจะเห็นว่า N-channel FET นี้ออกแบบมาสำหรับแรงดันไฟฟ้าสูงสุด 500 V ความต้านทานของช่องเปิดคือ 0.27 โอห์ม และกระแสจำกัดคือ 20 A ค่าเกทที่ลดลงทำให้ส่วนประกอบนี้สามารถใช้งานได้ในระดับสูง วงจรความถี่ที่ต้นทุนพลังงานต่ำสำหรับการควบคุมสวิตชิ่ง ด้านล่างนี้เป็นตาราง (รูปที่ 1) ที่มีค่าสูงสุดที่อนุญาตของพารามิเตอร์ต่างๆ ในโหมดต่างๆ

รูปที่. 1

• รหัส @ Tc = 25 °C; กระแสเดรนต่อเนื่อง Vgs @ 10V — กระแสเดรนต่อเนื่องสูงสุดต่อเนื่องที่อุณหภูมิร่างกาย FET 25 °C คือ 20 A ที่แรงดันเกต-ซอร์ส 10 V

• รหัส @ Tc = 100 °C; กระแสเดรนต่อเนื่อง Vgs @ 10V — กระแสเดรนต่อเนื่องสูงสุดต่อเนื่องที่อุณหภูมิร่างกาย FET 100 °C คือ 12 A ที่แรงดันเกต-ซอร์ส 10 V

• Idm @ Tc = 25 °C; กระแสเดรนของพัลส์ — กระแสพัลส์สูงสุด กระแสเดรนในระยะสั้น ที่อุณหภูมิร่างกาย FET 25 °C คือ 80 A ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของจุดเชื่อมต่อที่ยอมรับได้ รูปที่ 11 (รูปที่ 11) แสดงคำอธิบายของความสัมพันธ์ที่เกี่ยวข้อง

• Pd @ Tc = 25 °C การกระจายพลังงาน — พลังงานสูงสุดที่กระจายโดยเคสทรานซิสเตอร์ ที่อุณหภูมิเคส 25 °C คือ 280 W

• Linear Derating Factor — ทุกๆ 1°C ที่อุณหภูมิเคสเพิ่มขึ้น การกระจายพลังงานจะเพิ่มขึ้นอีก 2.2 วัตต์

• Vgs Gate-to-Source Voltage - แรงดันเกต-ทู-ซอร์สสูงสุดไม่ควรสูงกว่า +30V หรือต่ำกว่า -30V

• Eas Single Pulse Avalanche Energy — พลังงานสูงสุดของพัลส์เดียวในท่อน้ำทิ้งคือ 960 mJ คำอธิบายได้รับในรูป 12 (รูปที่ 12)

• Iar Avalanche Current — กระแสไฟฟ้าขัดจังหวะสูงสุดคือ 20 A

• Ear Repetitive Avalanche Energy — พลังงานสูงสุดของการเต้นเป็นจังหวะซ้ำๆ ในท่อน้ำทิ้งจะต้องไม่เกิน 28 mJ (สำหรับการเต้นแต่ละครั้ง)

• dv / dt Peak Diode Recovery dv / dt — อัตราการเพิ่มขึ้นของแรงดันเดรนสูงสุดคือ 3.5 V / ns

• Tj, Tstg ช่วงอุณหภูมิของการทำงานของจุดเชื่อมต่อและการเก็บรักษา — ช่วงอุณหภูมิที่ปลอดภัยตั้งแต่ -55 ° C ถึง + 150 ° C

• อุณหภูมิการบัดกรี 10 วินาที — อุณหภูมิการบัดกรีสูงสุดคือ 300 ° C และห่างจากตัวเครื่องอย่างน้อย 1.6 มม.

• แรงบิดในการติดตั้ง สกรู 6-32 หรือ M3 — แรงบิดสูงสุดในการติดตั้งตัวเรือนไม่ควรเกิน 1.1 Nm

ด้านล่างนี้เป็นตารางความต้านทานต่ออุณหภูมิ (รูปที่ 2) พารามิเตอร์เหล่านี้จะจำเป็นเมื่อเลือกหม้อน้ำที่เหมาะสม

รูปที่. 2

• Rjc ทางแยกถึงเคส (เคสคริสตัล) 0.45 °C/W.

• Rcs Body to sink, flat, lubricated surface 0.24 °C/W

• Rja Junction-to-Ambient ขึ้นอยู่กับฮีทซิงค์และสภาพแวดล้อม

ตารางต่อไปนี้ประกอบด้วยคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่จำเป็นทั้งหมดของ FET ที่อุณหภูมิแม่พิมพ์ 25 ° C (ดูรูปที่ 3)

รูปที่

• V (br) dss แรงดันเอาท์พุตจากแหล่งสู่แหล่ง—แรงดันจากแหล่งสู่แหล่งที่การสลายเกิดขึ้นคือ 500 V

• ΔV (br) dss / ΔTj อุณหภูมิแรงดันพังทลาย ค่าสัมประสิทธิ์ — ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ แรงดันพัง ในกรณีนี้คือ 0.59 V / ° C

• Rds (เปิด) ความต้านทานคงที่ระหว่างแหล่งที่มาและแหล่งที่มา - ความต้านทานระหว่างแหล่งที่มาและแหล่งที่มาของช่องเปิดที่อุณหภูมิ 25 ° C ในกรณีนี้คือ 0.27 โอห์ม ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ แต่จะเพิ่มเติมในภายหลัง

• Vgs (th) Gres Threshold Voltage — แรงดันเกณฑ์สำหรับการเปิดทรานซิสเตอร์ หากแรงดันเกทซอร์สมีค่าน้อยกว่า (ในกรณีนี้คือ 2 — 4 V) ทรานซิสเตอร์จะยังคงปิดอยู่

• gfs Forward Conductance — ความชันของลักษณะการถ่ายโอนเท่ากับอัตราส่วนของการเปลี่ยนแปลงของกระแสเดรนต่อการเปลี่ยนแปลงของแรงดันเกต ในกรณีนี้ จะวัดที่แรงดันไฟเดรนจากแหล่งจ่าย 50 V และกระแสไฟเดรน 20 A วัดเป็นแอมป์/โวลต์หรือซีเมนส์

• Idss กระแสไฟรั่วไหลจากแหล่งสู่แหล่งจ่ายขึ้นอยู่กับแรงดันและอุณหภูมิจากแหล่งสู่แหล่ง วัดเป็นไมโครแอมแปร์

• Igss การรั่วไหลของ Gate-to-Source Forward และ Gate-to-Source Reverse Leakage-gate การรั่วไหลของกระแส มีหน่วยวัดเป็นนาโนแอมแปร์

• Qg Total Gate Charge — ค่าใช้จ่ายที่ต้องรายงานไปที่เกตเพื่อเปิดทรานซิสเตอร์

• Qgs Gate-to-Source Charge-การชาร์จความจุแบบเกตถึงซอร์ส

• Qgd Gate-to-Drain («มิลเลอร์») ค่าใช้จ่ายที่สอดคล้องกับการชาร์จแบบ gate-to-drain (ความจุของมิลเลอร์)

ในกรณีนี้ พารามิเตอร์เหล่านี้ถูกวัดที่แรงดันระหว่างแหล่งจ่ายเท่ากับ 400 V และกระแสเดรน 20 A ไดอะแกรมและกราฟของการวัดเหล่านี้จะแสดงขึ้น

• td (เปิด) Turn -On Delay Time — เวลาเปิดทรานซิสเตอร์

• tr Rise Time — เวลาที่เพิ่มขึ้นของพัลส์เปิด (ขอบที่เพิ่มขึ้น)

• td (ปิด) Turn -Off Delay Time — เวลาปิดทรานซิสเตอร์

• tf Fall Time — เวลาพัลส์ฟอล (ทรานซิสเตอร์ปิด, ขอบตก)

ในกรณีนี้ การวัดจะทำที่แรงดันไฟฟ้า 250 V โดยมีกระแสเดรน 20 A พร้อมความต้านทานวงจรเกท 4.3 โอห์ม และความต้านทานวงจรเดรน 20 โอห์ม แผนผังและกราฟแสดงในรูปที่ 10 a และ b

• Ld ตัวเหนี่ยวนำท่อระบายน้ำภายใน — ตัวเหนี่ยวนำท่อระบายน้ำ

• Ls ตัวเหนี่ยวนำแหล่งภายใน — ตัวเหนี่ยวนำแหล่ง

พารามิเตอร์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับรุ่นของเคสทรานซิสเตอร์ สิ่งเหล่านี้มีความสำคัญในการออกแบบไดรเวอร์เนื่องจากเกี่ยวข้องโดยตรงกับพารามิเตอร์เวลาของคีย์ สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการพัฒนาวงจรความถี่สูง

• Ciss Input Capacitance-ความจุอินพุตที่เกิดขึ้นจากตัวเก็บประจุกาฝากแบบเกทซอร์สและเกทเดรนแบบธรรมดา

• ความจุเอาต์พุตคอสคือความจุเอาต์พุตที่เกิดขึ้นจากตัวเก็บประจุกาฝากจากแหล่งสู่แหล่งและจากแหล่งสู่การระบาย

• CRSS Reverse Transfer Capacitance — ความจุเกต-เดรน (ความจุมิลเลอร์)

การวัดเหล่านี้ดำเนินการที่ความถี่ 1 MHz โดยมีแรงดันไฟจากแหล่งสู่แหล่งจ่ายเท่ากับ 25 V รูปที่ 5 แสดงการพึ่งพาพารามิเตอร์เหล่านี้กับแรงดันไฟจากแหล่งสู่แหล่งจ่าย

ตารางต่อไปนี้ (ดูรูปที่ 4) อธิบายคุณลักษณะของไดโอดทรานซิสเตอร์แบบฟิลด์เอฟเฟกต์ภายในแบบบูรณาการซึ่งปกติจะอยู่ระหว่างแหล่งที่มาและท่อระบายน้ำ

รูปที่ 4

• เป็นกระแสแหล่งที่มาต่อเนื่อง (ไดโอดตัว) — กระแสแหล่งที่มาต่อเนื่องสูงสุดของไดโอด

• Ism Pulsed Source Current (Body Diode) — กระแสพัลส์สูงสุดที่อนุญาตผ่านไดโอด

• Vsd Diode Forward Voltage — แรงดันไปข้างหน้าตกคร่อมไดโอดที่ 25 °C และ 20 A กระแสเดรนเมื่อเกตเป็น 0 V

• trr Reverse Recovery Time — เวลาการกู้คืนย้อนกลับของไดโอด

• Qrr Reverse Recovery Charge — ค่าการกู้คืนไดโอด

• ton Forward Turn-On Time - เวลาเปิดของไดโอดส่วนใหญ่เกิดจากการเหนี่ยวนำของเดรนและซอร์ส

นอกจากนี้ในแผ่นข้อมูลจะแสดงกราฟของการพึ่งพาอาศัยกันของพารามิเตอร์ที่กำหนดกับอุณหภูมิ กระแส แรงดัน และระหว่างพวกมัน (รูปที่ 5)

รูปที่ 5

กำหนดขีดจำกัดกระแสเดรน ขึ้นอยู่กับแรงดันเดรน-ซอร์สและแรงดันเกต-ซอร์สที่ระยะเวลาพัลส์ 20 μs ตัวเลขแรกคืออุณหภูมิ 25 ° C ตัวเลขที่สองคือ 150 ° C ผลกระทบของอุณหภูมิต่อความสามารถในการควบคุมของช่องเปิดนั้นชัดเจน

รูปที่ 6

รูปที่ 6 แสดงลักษณะการถ่ายโอนแบบกราฟิกของ FET นี้ เห็นได้ชัดว่ายิ่งแรงดันเกตของแหล่งกำเนิดใกล้ถึง 10 V ทรานซิสเตอร์ก็จะเปิดได้ดีขึ้น ที่นี่ยังมองเห็นอิทธิพลของอุณหภูมิได้ค่อนข้างชัดเจน

รูปที่ 7

รูปที่ 7 แสดงการพึ่งพาความต้านทานของช่องเปิดที่กระแสเดรน 20 A ต่ออุณหภูมิ เห็นได้ชัดว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความต้านทานของช่องก็เช่นกัน

รูปที่ 8

รูปที่ 8 แสดงการพึ่งพาค่าความจุของกาฝากกับแรงดันแหล่งที่มาที่ใช้ จะเห็นได้ว่าแม้แรงดันไฟจากแหล่งจ่ายจะข้ามเกณฑ์ที่ 20 V ความจุจะไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ

รูปที่ 9

รูปที่ 9 แสดงการพึ่งพาของแรงดันตกคร่อมในไดโอดภายในกับขนาดของกระแสเดรนและอุณหภูมิ รูปที่ 8 แสดงขอบเขตการทำงานที่ปลอดภัยของทรานซิสเตอร์เป็นฟังก์ชันของความยาวตรงเวลา ขนาดกระแสไฟเดรน และแรงดันไฟเดรนจากแหล่งจ่าย

มะเดื่อ 10

รูปที่ 11 แสดงกระแสเดรนสูงสุดเทียบกับอุณหภูมิเคส

รูปที่ 11

รูป a และ b แสดงวงจรการวัดและกราฟแสดงไดอะแกรมเวลาของการเปิดทรานซิสเตอร์ในกระบวนการเพิ่มแรงดันเกตและในกระบวนการปล่อยประจุเกทให้เป็นศูนย์

รูปที่. 12

รูปที่ 12 แสดงกราฟของการพึ่งพาคุณสมบัติความร้อนเฉลี่ยของทรานซิสเตอร์ (ตัวคริสตัล) ตามระยะเวลาของพัลส์ ขึ้นอยู่กับรอบการทำงาน

มะเดื่อ 13

รูป a และ b แสดงการตั้งค่าการวัดและกราฟของผลการทำลายต่อทรานซิสเตอร์ของพัลส์เมื่อเปิดตัวเหนี่ยวนำ

มะเดื่อ 14

รูปที่ 14 แสดงการพึ่งพาพลังงานสูงสุดของพัลส์ที่อนุญาตตามค่าของกระแสขัดจังหวะและอุณหภูมิ

มะเดื่อ 15

รูป a และ b แสดงกราฟและไดอะแกรมของการวัดค่าเกต

รูปที่. 16

รูปที่ 16 แสดงการตั้งค่าการวัดและกราฟของภาวะชั่วคราวทั่วไปในไดโอดภายในของทรานซิสเตอร์

รูปที่. 17

รูปสุดท้ายแสดงกรณีของทรานซิสเตอร์ IRFP460LC, ขนาด, ระยะห่างระหว่างพิน, หมายเลข: 1-gate, 2-drain, 3-east

ดังนั้น หลังจากอ่านเอกสารข้อมูลแล้ว นักพัฒนาซอฟต์แวร์จะสามารถเลือกกำลังที่เหมาะสมหรือไม่มากนัก ฟิลด์เอฟเฟกต์หรือทรานซิสเตอร์ IGBT สำหรับตัวแปลงพลังงานที่ออกแบบหรือซ่อมแซม ไม่ว่าจะเป็น อินเวอร์เตอร์เชื่อม, พนักงานความถี่ หรือตัวแปลงสวิตช์ไฟอื่นๆ

เมื่อทราบพารามิเตอร์ของทรานซิสเตอร์ field-effect แล้ว คุณสามารถพัฒนาไดรเวอร์ กำหนดค่าคอนโทรลเลอร์ คำนวณการระบายความร้อน และเลือกฮีทซิงค์ที่เหมาะสมได้โดยไม่ต้องติดตั้งมากเกินไป