معلمات الترانزستورات ذات التأثير الميداني: ما هو مكتوب في ورقة البيانات

نادراً ما تعمل محولات الطاقة والعديد من الأجهزة الإلكترونية الأخرى اليوم بدون استخدام MOSFETs القوية (تأثير المجال) أو الترانزستورات IGBT… هذا ينطبق على كل من المحولات عالية التردد مثل محولات اللحام ، وعلى مشاريع منزلية مختلفة ، مخططاتها ممتلئة على الإنترنت.

تسمح معلمات أشباه موصلات الطاقة المنتجة حاليًا بتبديل التيارات من عشرات ومئات الأمبيرات بجهد يصل إلى 1000 فولت. إن اختيار هذه المكونات في سوق الإلكترونيات الحديثة واسع للغاية ، واختيار ترانزستور تأثير المجال مع المعلمات الضرورية لا يمثل مشكلة اليوم بأي حال من الأحوال ، لأن كل مصنع يحترم نفسه يرافق نموذجًا محددًا من ترانزستور تأثير المجال مع الوثائق الفنية ، والتي يمكن العثور عليها دائمًا على موقع الويب الرسمي للشركة المصنعة وعلى الموزعين الرسميين.

قبل الشروع في تصميم هذا الجهاز أو ذاك باستخدام مكونات مزود الطاقة المحددة ، يجب أن تعرف دائمًا ما الذي تتعامل معه بالضبط ، خاصةً عند اختيار ترانزستور تأثير مجال معين.لهذا الغرض ، يلجأون إلى صحائف المعلومات. ورقة البيانات هي وثيقة رسمية من الشركة المصنعة للمكونات الإلكترونية تحتوي على أوصاف ومعلمات وميزات المنتج والمخططات النموذجية والمزيد.

دعونا نرى ما هي المعلمات التي تشير إليها الشركة المصنعة في ورقة البيانات ، وماذا تعني وما هي. لنلقِ نظرة على ورقة بيانات نموذجية لـ IRFP460LC FET. هذا هو ترانزستور طاقة HEXFET مشهور إلى حد ما.

تشير HEXFET إلى مثل هذا الهيكل البلوري حيث يتم تنظيم الآلاف من خلايا MOSFET السداسية المتصلة بشكل متوازي في بلورة واحدة. جعل هذا الحل من الممكن تقليل مقاومة الطرق المفتوحة بشكل كبير (on) وجعل من الممكن تبديل التيارات الكبيرة. ومع ذلك ، دعنا ننتقل إلى مراجعة المعلمات المدرجة مباشرة في ورقة بيانات IRFP460LC من المعدل الدولي (IR).

يرى التين_IRFP460LC

في بداية المستند ، يتم تقديم صورة تخطيطية للترانزستور ، ويتم إعطاء تسميات أقطابها: G-gate (Gate) ، D -rain (استنزاف) ، S-source (source) ، وأيضًا رئيسيها يشار إلى المعلمات ويتم سرد الصفات المميزة. في هذه الحالة ، نرى أن FET قناة N هذه مصممة لجهد أقصى يبلغ 500 فولت ، ومقاومة القناة المفتوحة هي 0.27 أوم ، وتيارها المحدد هو 20 أ. تسمح شحنة البوابة المخفضة باستخدام هذا المكون في ارتفاع دوائر التردد بتكاليف طاقة منخفضة لتبديل التحكم. يوجد أدناه جدول (الشكل 1) بالقيم القصوى المسموح بها لمعلمات مختلفة في أوضاع مختلفة.

تين. 1

• المعرف @ Tc = 25 درجة مئوية ؛ تيار التصريف المستمر Vgs @ 10V - أقصى تيار تصريف مستمر ومستمر ، عند درجة حرارة جسم FET تبلغ 25 درجة مئوية ، هو 20 أ. عند جهد مصدر البوابة يبلغ 10 فولت.

• المعرف @ Tc = 100 درجة مئوية ؛ تيار التصريف المستمر Vgs @ 10V - الحد الأقصى لتيار التصريف المستمر المستمر ، عند درجة حرارة جسم FET تبلغ 100 درجة مئوية ، هو 12 أ. عند جهد مصدر البوابة يبلغ 10 فولت.

• Idm @ Tc = 25 درجة مئوية ؛ تيار استنزاف النبض - الحد الأقصى للنبض ، تيار التصريف قصير المدى ، عند درجة حرارة الجسم FET البالغة 25 درجة مئوية هو 80 درجة مئوية مع مراعاة درجة حرارة الوصلة المقبولة. يقدم الشكل 11 (الشكل 11) شرحًا للعلاقات ذات الصلة.

• Pd @ Tc = 25 ° C تبديد الطاقة - الحد الأقصى للطاقة التي تبددها علبة الترانزستور ، عند درجة حرارة الحالة 25 درجة مئوية ، هو 280 وات.

• عامل الانحلال الخطي - لكل زيادة بمقدار 1 درجة مئوية في درجة حرارة الحالة ، يزداد تبديد الطاقة بمقدار 2.2 واط إضافية.

• جهد البوابة إلى المصدر Vgs - يجب ألا يكون الحد الأقصى لجهد البوابة إلى المصدر أعلى من + 30 فولت أو أقل من -30 فولت.

• Eas Single Pulse Avalanche Energy - الطاقة القصوى لنبضة واحدة في المجاري هي 960 مللي جول. شرح معطى في الشكل 12 (الشكل 12).

• Iar Avalanche Current - الحد الأقصى لتيار المقاطعة هو 20 أ.

• طاقة الانهيار المتكرر للأذن - يجب ألا تتجاوز الطاقة القصوى للنبضات المتكررة في المجاري 28 مللي جول (لكل نبضة).

• dv / dt Peak Diode Recovery dv / dt - الحد الأقصى لمعدل ارتفاع جهد التصريف هو 3.5 V / ns.

• Tj ، Tstg نطاق درجة حرارة تشغيل الوصلة والتخزين - تتراوح درجة الحرارة الآمنة من -55 درجة مئوية إلى + 150 درجة مئوية.

• درجة حرارة اللحام ، لمدة 10 ثوانٍ - درجة حرارة اللحام القصوى 300 درجة مئوية ، وعلى مسافة 1.6 مم على الأقل من الجسم.

• عزم الدوران المتصاعد ، برغي 6-32 أو M3 - يجب ألا يتجاوز عزم الدوران الأقصى لتركيب الهيكل 1.1 نيوتن متر.

يوجد أدناه جدول لمقاومات درجة الحرارة (الشكل 2.). ستكون هذه المعلمات ضرورية عند اختيار المبرد المناسب.

تين. 2

• تقاطع Rjc مع العلبة (علبة بلورية) 0.45 درجة مئوية / وات.

• Rcs الجسم ليغرق ، سطح مسطح ، مشحم 0.24 درجة مئوية / واط

• يعتمد Rja Junction-to-Ambient على المبدد الحراري والظروف المحيطة.

يحتوي الجدول التالي على جميع الخصائص الكهربائية الضرورية لـ FET عند درجة حرارة يموت 25 درجة مئوية (انظر الشكل 3).

تين

• V (br) dss جهد الخرج من المصدر إلى المصدر - الجهد من المصدر إلى المصدر الذي يحدث فيه الانهيار هو 500 فولت.

• ΔV (br) dss / ΔTj درجة حرارة الجهد الانهيار. المعامل - معامل درجة الحرارة ، جهد الانهيار ، في هذه الحالة 0.59 فولت / درجة مئوية.

• Rds (on) المقاومة الساكنة بين المصدر والمصدر - المقاومة بين مصدر ومصدر القناة المفتوحة عند درجة حرارة 25 درجة مئوية ، في هذه الحالة تبلغ 0.27 أوم. يعتمد ذلك على درجة الحرارة ، ولكن أكثر على ذلك لاحقًا.

• Vgs (th) Gres Threshold Voltage - عتبة الجهد لتشغيل الترانزستور. إذا كان جهد مصدر البوابة أقل (في هذه الحالة 2-4 فولت) ، فسيظل الترانزستور مغلقًا.

• التوصيل الأمامي gfs - ميل خاصية التحويل يساوي نسبة التغير في تيار التصريف إلى التغير في جهد البوابة. في هذه الحالة ، يتم قياسها بجهد مصدر تصريف 50 فولت وتيار تصريف 20 أ. تقاس بالأمبير / فولت أو سيمنز.

• يعتمد تيار التصريف الحالي للتسرب من مصدر إلى مصدر Idss على الجهد ودرجة الحرارة من المصدر إلى المصدر. تقاس في ميكرو أمبير.

• Igss من البوابة إلى المصدر للتسرب الأمامي وتسرب التسرب العكسي من البوابة إلى المصدر. يقاس بالنانو أمبير.

• Qg Total Gate Charge - الشحنة التي يجب إبلاغ البوابة بها لفتح الترانزستور.

• Qgs رسوم السعة من بوابة إلى مصدر.

• Qgd Gate-to-Drain («Miller») الشحنة المقابلة للبوابة إلى التصريف (سعات Miller)

في هذه الحالة ، تم قياس هذه المعلمات بجهد من المصدر إلى المصدر يساوي 400 فولت وتيار تصريف قدره 20 أ. الرسم التخطيطي والرسم البياني لهذه القياسات موضحان.

• td (on) Turn -On Delay Time - الوقت لفتح الترانزستور.

• tr Rise Time - وقت صعود نبضة الفتح (الحافة الصاعدة).

• td (off) Turn-Off Delay Time - الوقت لإغلاق الترانزستور.

• tf Fall Time - وقت سقوط النبض (إغلاق الترانزستور ، حافة السقوط).

في هذه الحالة ، يتم إجراء القياسات بجهد إمداد يبلغ 250 فولت ، مع تيار تصريف يبلغ 20 أمبير ، مع مقاومة دائرة بوابة تبلغ 4.3 أوم ومقاومة دائرة تصريف تبلغ 20 أوم. تظهر المخططات والرسوم البيانية في الشكلين 10 أ و ب.

• محاثة التصريف الداخلي - محاثة التصريف.

• محاثة المصدر الداخلي - تحريض المصدر.

تعتمد هذه المعلمات على إصدار علبة الترانزستور. إنها مهمة في تصميم السائق ، لأنها مرتبطة مباشرة بمعلمات توقيت المفتاح ، وهذا مهم بشكل خاص في تطوير الدوائر عالية التردد.

• Ciss Input سعة مدخلات السعة المتكونة من المكثفات الطفيلية التقليدية من مصدر البوابة وتصريف البوابة.

• السعة الناتجة من Coss هي سعة الخرج التي تتكون من المكثفات الطفيلية التقليدية من المصدر إلى المصدر ومن المصدر إلى الصرف.

• سعة النقل العكسي Crss - سعة تصريف البوابة (سعة ميلر).

تم إجراء هذه القياسات بتردد 1 ميجاهرتز ، بجهد من المصدر إلى المصدر يبلغ 25 فولت. يوضح الشكل 5 اعتماد هذه المعلمات على الجهد من المصدر إلى المصدر.

يصف الجدول التالي (انظر الشكل 4) خصائص الصمام الثنائي الترانزستور ذي التأثير الميداني المتكامل الموجود تقليديًا بين المصدر والصرف.

الشكل 4

• هو مصدر تيار مستمر (صمام ثنائي الجسم) - أقصى تيار مستمر للمصدر للديود.

• تيار المصدر النبضي Ism (Body Diode) - أقصى تيار نبضي مسموح به عبر الصمام الثنائي.

• Vsd Diode Forward Voltage - انخفاض الجهد الأمامي عبر الصمام الثنائي عند 25 درجة مئوية و 20 تيارًا تصريفًا عندما تكون البوابة 0 فولت.

• trr عكس وقت الاسترداد - وقت الاسترداد العكسي للديود.

• رسوم الاسترداد العكسي Qrr - رسوم استرداد الصمام الثنائي.

• Ton Forward Turn-On Time - يرجع وقت تشغيل الصمام الثنائي بشكل أساسي إلى التصريف وتحريض المصدر.

علاوة على ذلك ، ترد في ورقة البيانات رسوم بيانية لاعتماد المعلمات المعطاة على درجة الحرارة والتيار والجهد وبينها (الشكل 5).

الشكل 5

يتم إعطاء حدود تيار التصريف ، اعتمادًا على جهد مصدر التصريف والجهد مصدر البوابة عند مدة نبضة تبلغ 20 ميكرو ثانية. الرقم الأول هو لدرجة حرارة 25 درجة مئوية ، والثاني هو 150 درجة مئوية.تأثير درجة الحرارة على إمكانية التحكم في فتح القناة واضح.

الشكل 6

يوضح الشكل 6 بيانياً خاصية النقل لهذا FET. من الواضح أنه كلما اقترب جهد مصدر البوابة من 10 فولت ، كان الترانزستور يعمل بشكل أفضل. هنا يكون تأثير درجة الحرارة واضحًا أيضًا.

الشكل 7

يوضح الشكل 7 اعتماد مقاومة القناة المفتوحة عند تيار تصريف قدره 20 أ على درجة الحرارة. من الواضح أنه مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد مقاومة القناة أيضًا.

الشكل 8

يوضح الشكل 8 اعتماد قيم السعة الطفيلية على جهد المصدر المطبق. يمكن ملاحظة أنه حتى بعد تجاوز جهد استنزاف المصدر عتبة 20 فولت ، لا تتغير السعات بشكل كبير.

الشكل 9

يوضح الشكل 9 اعتماد انخفاض الجهد الأمامي في الصمام الثنائي الداخلي على حجم تيار التصريف ودرجة الحرارة. يوضح الشكل 8 منطقة التشغيل الآمنة في الترانزستور كدالة للطول في الوقت المحدد ، وحجم تيار التصريف ، وجهد مصدر التصريف.

الشكل 10

يوضح الشكل 11 الحد الأقصى لتيار التصريف مقابل درجة حرارة العلبة.

الشكل 11

يوضح الشكلان (أ) و (ب) دائرة القياس والرسم البياني الذي يوضح مخطط توقيت فتح الترانزستور في عملية زيادة جهد البوابة وفي عملية تفريغ سعة البوابة إلى الصفر.

تين. 12

يوضح الشكل 12 الرسوم البيانية لاعتماد متوسط ​​الخاصية الحرارية للترانزستور (الجسم البلوري) على مدة النبضة ، اعتمادًا على دورة العمل.

الشكل 13

يوضح الشكلان (أ) و (ب) إعداد القياس والرسم البياني للتأثير المدمر على ترانزستور النبضة عند فتح المحث.

الشكل 14

يوضح الشكل 14 اعتماد الطاقة القصوى المسموح بها للنبض على قيمة التيار المتقطع ودرجة الحرارة.

الشكل 15

يوضح الشكلان أ و ب الرسم البياني والرسم البياني لقياسات شحنة البوابة.

تين. 16

يوضح الشكل 16 إعداد قياس ورسم بياني لعابرات نموذجية في الصمام الثنائي الداخلي للترانزستور.

تين. 17

يوضح الشكل الأخير حالة الترانزستور IRFP460LC ، أبعاده ، المسافة بين المسامير ، ترقيمها: بوابة واحدة ، 2-استنزاف ، 3 شرق.

لذلك ، بعد قراءة ورقة البيانات ، سيتمكن أي مطور من اختيار طاقة مناسبة أو ليس كثيرًا ، تأثير ميداني أو ترانزستور IGBT لمحول طاقة مصمم أو تم إصلاحه ، سواء كان ذلك العاكس اللحام, عامل التردد أو غيرها من محول تحويل الطاقة.

من خلال معرفة معلمات ترانزستور التأثير الميداني ، يمكنك تطوير برنامج تشغيل بكفاءة ، وتكوين وحدة التحكم ، وإجراء الحسابات الحرارية واختيار غرفة التبريد المناسبة دون الحاجة إلى تثبيت الكثير.