Интернет журныл о промышленности в Украине

Нова серія МОП-транзисторів IRFP4xxx з ультранизьким опором каналу

  1. Про компанію Int. Rectifier

Відмітна особливість нової серії IRFP4xxx, виробленої за новітньою технологією Trench HEXFET Power MOSFETs, - зменшене опір Rds (on) до 2,5 разів в порівнянні з транзисторами попереднього покоління

Відмітна особливість нової серії IRFP4xxx, виробленої за новітньою технологією Trench HEXFET Power MOSFETs, - зменшене опір Rds (on) до 2,5 разів в порівнянні з транзисторами попереднього покоління. Всі вони випускаються в стандартному популярному корпусі TO-247AC, що дозволяє істотно знизити вартість готового пристрою. Виробник рекомендує наступні області застосування нових МОП-транзисторів:

  • синхронні випрямлячі телекомунікаційних і промислових перетворювачів енергії з напругою шин харчування до 80 В;
  • потужні інвертори постійного і змінного струму;
  • джерела безперебійного живлення (UPS);
  • силові O'Ring вузли (заміна діодів Шотткі в потужних схемах АБО для підсумовування вихідних струмів);
  • привід електроінструменту;
  • промисловий привід постійного струму на батарейках від 12 до 80 В (електрокари, вилочні підйомники);
  • силова автоелектроніка - потужні DC / DC-перетворювачі для мереж 14 В / 42 В, інвертори стартер-генераторів і електромеханічних підсилювачів керма;
  • інвертори сонячних батарей.

Переваги по відношенню до попередніх поколінь MOSFET

На малюнку 1 представлено порівняння Rds (on) нових транзисторів (виділені жовтим кольором) і кращих приладів попереднього покоління IR (виділені синім кольором).

Мал. 1. Порівняння Rds (on) транзисторів нової серії IRFP4xxx і приладів попередніх
поколінь

У таблицю 1 зведені для зіставлення основні параметри транзисторів, вироблених за новітньою технологією, і деяких попередніх серій MOSFET в корпусі ТО-247АС.

Таблиця 1. Параметри нових польових транзисторів IRFP4xxx і транзисторів IR попередніх поколінь в корпусі TO-247AC

Найменування Vсі, макс,
У Rds (on)
макс.,
мом,
Vзі = 10 В Iстока,
A,
t ° = 25 ° C Iстока,
A,
t ° = 100 ° C Qg. *,
тип.,
нКл Qgd **,
тип.,
нКл Rth (JC) ***,
К / Вт Потуж-
ність,
Вт, макс.
(при t ° = 25 ° C) IRFP4004PBF (New) 40 1,7 350 **** 250 **** 220 75 0,40 380 IRFP044N 55 20,0 53 37 40,7 16,0 1,5 100 IRFP1405 55 5,3 160 110 120,0 53,3 0,49 310 IRFP064N 55 8,0 98 69 113,3 50,0 1,0 150 IRFP054N 55 12,0 72 51 86,7 35,3 1,2 130 IRFP048N 55 16,0 62 44 59,3 26,0 1,2 130 IRFP064V 60 5,5 130 95 173,3 62,7 0,60 250 IRFP054V 60 9,0 93 66 113,3 39,3 0, 85 180 IRFP3206PBF 60 3,0 200 140 120,0 35,0 0,54 280 IRFP3306PBF 60 4,2 160 110 85,0 26,0 0,67 220 IRFP2907Z 75 4,5 170 120 180,0 65,0 0 , 49 310 IRFP4368PBF (New) 75 1,8 350 **** 250 **** 380,0 105,0 0,29 520 IRFP3077PBF 75 3,3 200 140 160,0 42,0 0,44 340 IRFP2907 75 4,5 177 125 410,0 140,0 0,45 330 IRFP4710 100 14,0 72 51 110,0 40,0 0,81 190 IRFP4410ZPBF 100 9,0 97 69 83,0 27,0 0,65 230 IRFP150V 100 24,0 46 32 86,7 28,7 1,1 140 IRFP150N 100 36,0 39 28 73,3 38,7 1,1 140 IRFP140N 100 52,0 27 19 62,7 28,7 1,6 94 IRFP3710 100 25,0 51 36 66,7 17,3 0,83 180 IRFP4310ZPBF 100 6,0 134 95 120,0 35,0 0,54 280 IRFP4468PBF (New) 100 2,6 290 **** 200 **** 360,0 89,0 0,29 520 IRFP4110PBF 100 4,5 180 130 150,0 43,0 0,40 370 IRFP3415 150 42,0 43 30 133,3 65,3 0,75 200 IRFP4321PBF 150 15,5 78 55 71,0 21,0 0,49 310 IRFP4568PBF (New) 150 5,9 171 **** 121 **** 151,0 55,0 0,29 517 IRFP4227PBF 200 25,0 65 46 70,0 23,0 0,45 330 IRFP260N 200 40,0 49 35 156,0 73,3 0,50 300 IRFP4668PBF (New) 200 9,7 130 92 161,0 52,0 0,29 520 IRFP90N20D 200 23,0 94 66 180,0 87,0 0,26 580 IRFP250N 200 75,0 30 21 82,0 38,0 0,70 214 IRFP4332PBF 250 33,0 57 40 99,0 35,0 0,42 360 IRFP4229PBF 250 46,0 44 31 72,0 26,0 0,49 310 IRFP4232 250 35,7 60 42 160,0 60,0 0,35 430 IRFP4242PBF 300 59,0 46 33 165,0 61,0 0,35 430 * Qg - Total Gate Charge - сумарний (повний) заряд затвора
** Qgd - Gate-to-Drain ( «Miller») Charge - заряд затвора, обумовлений ефектом Міллера
*** Rth (JC) - тепловий опір «перехід-корпус» (Junction-to-Case), виміряний
ри температурі близько 90 ° С
**** Максимальний струм, обмежений кристалом
ток, обмежений висновками корпусу, см. в документації виробника).

Необхідно звернути увагу на те, що нові транзистори IRFP4004PBF, IRFP4368PBF, IRFP4468PBF, IRFP4568PBF мають обмеження струму через опір висновків корпусу ТО-247АС, а не через кристала (кристал здатний на набагато більшу). При розрахунках схем з цими транзисторами і порівняно з аналогічними приладами доцільніше орієнтуватися на опір каналу у відкритому стані, не забуваючи про обмеження струму висновками корпусу ТО-247АС. У новій серії з'явився транзистор IRFP4004PBF з максимальною напругою стік-витік 40 В (див. Малюнок 1), що володіє рекордно низьким опором Rds (on) 1,7 мОм (це максимальне значення, типове значення зазвичай ще менше). Однак за це доводиться розплачуватися збільшенням заряду затвора, що тягне за собою вибір драйверів MOSFET з великими вихідними струмами, короткими фронтами і малими затримками, хоча вибір таких драйверів досить великий і зазвичай не викликає ніяких труднощів. Всі нові транзистори мають дуже низькими значеннями теплового опору перехід-корпус, що дозволяє більш ефективно відводити тепло від кристала. Потрібно відзначити, що п'ять нових транзисторів замінюють велику кількість транзисторів попереднього покоління International Rectifier (див. Таблицю 1) і деякі MOSFET відомих фірм Fairchild, ST, IXYS (див. Таблиці 2 і 3).

Таблиця 2. Порівняння параметрів нових транзисторів IR серії IRFP4xxx з аналогічними від інших виробників

Вироб-
ник Наіменова-
ня Vсі,
макс.,
У Rds (on)
макс.,
мом,
Vзі =
10 В Iстока,
A,
t ° =
25 ° C Qg. *,
тип.,
нКл Qgd **,
тип.,
нКл Rth (JC)
***
К / Вт Потуж-
ність,
Вт,
макс.
(при
t ° =
25 ° C) Корпус (Rds IR) /
(Rds
іншого
произво-
дителя) IR IRFP4004PBF 40 1,7 350 **** 220,0 75,0 0,40 380 TO-247AC Fairchild FDA8440 40 2,1 100 345 74 0,49 306 TO-247AC 0,81 IR IRFP4368PBF 75 1, 8 350 **** 380,0 105,0 0,29 520 TO-247AC Fairchild FD038AN08A1 75 3,5 80 125 0,33 450 TO-247AC 0,51 STM STW220NF75 75 4,4 120 500 135 0,3 460 TO-247AC 0,4 IR IRFP4468PBF 100 2,6 290 **** 360,0 89,0 0,29 520 TO-247AC Fairchild HUF75652G3 100 8 75 475 74 0,29 515 TO-247AC 0,32 IXYS IXTR200N10P 100 8 120 235 0,5 300 Super247 0,32 IXYS IXFX250N10P 100 6,5 250 205 0,12 1250 Super247 0,31 IR IRFP4568PBF 150 5,9 171 **** 151,0 55,0 0,29 517 TO- 247AC Fairchild HUF7588G3 150 16 75 480 66 0,3 500 TO-247AC 0,4 IXYS IXTQ120N15P 150 16 120 150 0,25 600 TO-3P 0,35 IXYS IXTQ150N15P 150 13 150 190 0,21 714 TO-3P 0,45 IR IRFP4668PBF 200 9,7 130 161,0 52,0 0,29 520 TO-247AC Fairchild FQA65N20 200 32 65 200 75 0,4 310 TO-3P 0,3 IXYS IXTH96N20 200 24 96 145 0,25 600 TO-247AC 0,4 IXYS IXTQ120N20 200 22 120 152 0,21 713 TO-3P 0,44 *, **, ***, **** - розшифровка приведена в таблиці 1.

Таблиця 3. Рекомендовані заміни від IR для транзисторів з близькими параметрами інших виробників


Порівняння нових Trench HEXFET Power MOSFETs з аналогами інших виробників

Серед транзисторів з напругою стік-витік 40 В прилад IRFP4004PBF не має аналогів. За опору каналу з ним може конкурувати тільки транзистор IR в дорогому 7-вивідному корпусі для поверхневого монтажу IRF2804S-7P. Найближчий прилад від іншого виробника - це FDA8440 з опором каналу 2,1 мОм від компанії Fairchild (параметри для порівняння наведені в таблиці 2). В крайньому правому стовпчику таблиці 2 для всіх транзисторів інших виробників вказано відношення опорів Rds (on) близького за параметрами транзистора IR до Rds (on) конкретного транзистора іншого виробника. Всі ці співвідношення менше 1, що говорить про те, що опір каналу транзисторів IR менше або набагато менше аналогічного параметра приладів фірм Fairchild, ST і IXYS.

В діапазоні напруг стік-витік 55 ... 75 В безперечним лідером є IRFP4368PBF. Опір каналу 1,8 мОм в поєднанні з іншими параметрами забезпечують йому великий відрив від популярних IRFP044N, IRFP048N і IRFP064N (діапазон 55 В). 75-вольта новий транзистор IRFP4368PBF з успіхом замінює 60-вольт IRFP064V, IRFP054V, IRFP3206PBF, IRFP3306PBF і дуже популярний 75-вольта IRFP2907Z. У нового транзистора IRFP4368PBF опір каналу знижено в 2,5 рази в порівнянні з кращим приладом IR попереднього покоління IRFP2907Z. Найближчі конкуренти для напруги 75 В від компаній Fairchild - FD038AN08A1 і від компанії ST - STW220NF75 мають опір каналу 3,5 і 4,4 мОм відповідно (див. Таблицю 2).

В діапазоні 100 В тон задає IRFP4468PBF c опором каналу 2,6 мОм. 100-вольта транзистор IR попереднього покоління IRFP4110PBF має Rds (on) 4,5 мОм, а найближчі по параметрам 100-вольт HUF75652G3 (Fairchild) і IXTR200N100P (IXYS) - 8 мОм, а IXFX250N10P (IXYS) - 6,5 мОм. Однак останні два транзистора фірми IXYS випускаються в більш дорогих корпусах Super247.

Діапазон 150 В. Тут у великому відриві IRFP4568PBF з опором каналу 5,9 мОм. Серед тих, що наздоганяють - 150-вольт HUF75882G3 компанії Fairchild з Rds (on) 16 мОм, а також IXTQ120N15P і IXTQ150N15P компанії IXYS з опорами каналу 16 і 13 мОм відповідно. Справедливості заради потрібно відзначити, що транзистори IXYS виробляються в більш дорогих корпусах ТО-3Р.

Нарешті, ми підійшли до діапазону 200 В. Тут найсильніший гравець - новий транзистор IRFP4668PBF з опором каналу 9,7 мОм, що для 200-вольтів приладів є еталонним показником при такому напруженні. Найближчі транзистори цього класу FQA65N20 (Fairchild) мають Rds (on) 32 мОм, а IXTH96N20 і IXTQ120N20 компанії IXYS - 24 і 22 мОм відповідно. Однак кристали FQA65N20 і IXTQ120N20 упаковані в більш дорогі корпусу ТО-3Р, що дає додаткову перевагу транзистору IRFP4668PBF. 200-вольт транзистори призначені для роботи в телекомунікаційних джерелах живлення з шиною з постійною напругою до 80 В.

У таблиці 3 наведені рекомендовані заміни від International Rectifier для МОП-транзисторів компаній Fairchild, ST, IXYS.

У деяких випадках один новий МОП-транзистор IR може замінити до трьох паралельно включених транзисторів IR попередніх поколінь в діапазоні 100 ... 200 В. Крім того, при паралельному з'єднанні транзисторів додаються опору з'єднувальних провідників, які при токах десятки і сотні Ампер можуть істотно погіршувати статичні і динамічні параметри еквівалентного транзистора. Ціна одного нового транзистора менше вартості трьох паралельно включених приладів попередніх поколінь. При цьому можна зменшити розмір радіатора і знизити температуру в блоці. Слід врахувати, що при зниженні температури в блоці на 10 відсотків термін служби електролітичних конденсаторів подвоюється. Як відомо, саме електролітичні конденсатори в більшості випадків визначають час безвідмовної роботи силового перетворювача.

Графічні залежності основних параметрів 40-вольта IRFP4004PBF

На малюнку 2 приведені залежності опору каналу у відкритому стані (максимальне значення при Uзи = 10 В) від температури переходу і повного заряду затвора Qg від напруги Uзи для транзистора IRFP4004PBF.

Мал. 2. Залежності Rds (on) від температури переходу, заряду затвора від напруги затвор-витік для транзистора IRFP4004PBF

Новітня технологія Trench HEXFET забезпечує низький зріст опору відкритого каналу від температури переходу. Нові транзистори серії IRFPxxx забезпечують високі динамічні характеристики при низькій потужності управління, стійкість до лавинному пробою і надійну роботу в режимах жорсткого перемикання в широкому діапазоні частот.

На малюнку 3 наведені вихідні характеристики IRFP4004PBF (графіки знімалися при тривалості імпульсів менше 60 мкс і температурах переходу 25 ° С і 175 ° С).

Мал. 3. Вихідні характеристики IRFP4004PBF при тривалості імпульсу менше 60 мкс

Нижні криві ілюструють роботу транзистора при керуючій напрузі 4,5 В, що близько до логічним рівням цифрових мікросхем з живленням від 5 В.

На малюнку 4 ілюструється залежність максимально допустимих струмів транзистора IRFP4004PBF от температури корпусу, обмежених кристалом і висновками корпусу транзистора.

Мал. 4. Максимальні струми IRFP4004PBF, обмежені кристалом і висновками
корпусу TO-247AC

На жаль, повністю реалізувати потенціал кристала транзистора IRFP4004PBF в корпусі ТО-247АС неможливо (для цього потрібен більш потужний корпус), однак і корпус ТО-247АС обмежує струм для IRFP4004PBF на рівні 195 А (режими виміру см. В документації виробника), що є дуже високим показником для приладів такого класу.

висновок

Головні переваги нових МОП-транзисторів IR - ультранизьким опір відкритого каналу і недорогий стандартний корпус ТО-247АС. При модернізації серійно випускаються перетворювачів енергії в більшості випадків досить без зміни схеми і друкованої плати замінити використовувані раніше транзистори на нові з серії IRFP4xxx. При заміні декількох паралельно включених транзисторів на один новий виходить відчутний виграш в ціні і надійності за рахунок зниження виділяє менше тепла та збільшення терміну служби електролітичних конденсаторів. Всього п'ять нових транзисторів можуть замінити велику кількість транзисторів IR попередніх поколінь і досить велика кількість аналогічних приладів інших виробників (див. Таблиці 1, 2 і 3 цієї статті). У статті розглянуті транзистори тільки найбільш популярних світових виробників MOSFET, добре відомих нашим розробникам, але, звичайно, читач може спробувати замінити і транзистори від виробників, не розглянуті вище.

Відповідальний за напрям в Компел - Людмила Горєва

Отримання технічної інформації, замовлення зразків, поставка -
e-mail: [email protected]

Про компанію Int. Rectifier

У 2015 році компанія Infineon придбала компанію International Rectifier, тим самим значно посиливши свої лідируючі позиції в області силової електроніки У 2015 році компанія Infineon придбала компанію International Rectifier, тим самим значно посиливши свої лідируючі позиції в області силової електроніки. ...Читати далі