Силові інвертори, та й багато інших електронних пристроїв, рідко обходяться сьогодні без застосування потужних MOSFET (польових) або IGBT-транзисторів . Це стосується як високочастотних перетворювачів типу зварювальних інверторів, так і різноманітних проектів-саморобок, схем яких повним повно в інтернеті.

Параметри що випускаються нині силових напівпровідників дозволяють комутувати струми в десятки і сотні ампер при напрузі до 1000 вольт. Вибір цих компонентів на сучасному ринку електроніки досить широкий, і підібрати польовий транзистор з необхідними параметрами аж ніяк не є проблемою сьогодні, оскільки кожен поважаючий себе виробник супроводжує конкретну модель польового транзистора технічною документацією, яку завжди можна знайти як на офіційному сайті виробника, так і у офіційних дилерів.

Перш ніж приступити до проектування того чи іншого пристрою, із застосуванням названих силових компонентів, завжди потрібно точно знати, з чим маєш справу, особливо коли вибираєш конкретний польовий транзистор. Для цього і звертаються до datasheet'ам. Datasheet є офіційний документ від виробника електронних компонентів, в якому наводяться опис, параметри, характеристики вироби, типові схеми і т.д.

Давайте ж подивимося, що за параметри вказує виробник в даташіте, що вони позначають і для чого потрібні. Розглянемо на прикладі даташіта на польовий транзистор IRFP460LC. Це досить популярний силовий транзистор, виготовлений за технологією HEXFET.

HEXFET має на увазі таку структуру кристала, коли в одному кристалі організовані тисячі паралельно-включених МОП-транзисторних осередків гексагональної форми. Це рішення дозволило значно знизити опір відкритого каналу Rds (on) і зробило можливим комутацію великих струмів. Однак, перейдемо до огляду параметрів, зазначених безпосередньо в даташіте на IRFP460LC від International Rectifier (IR).

Див. Ріс_IRFP460LC

На самому початку документа дано схематичне зображення транзистора, наведені позначення його електродів: G-gate (затвор), D-drain (стік), S-source (джерело), ​​а також вказані його головні параметри і перераховані чесноти. В даному випадку ми бачимо, що цей польовий N-канальний транзистор розрахований на максимальну напругу 500 В, опір його відкритого каналу становить 0,27 Ом, а граничний струм дорівнює 20 А. Знижений заряд затвора дозволяє використовувати даний компонент в високочастотних схемах при невисоких витратах енергії на керування перемиканням. Нижче наведена таблиця (рис. 1) гранично допустимих значень різних параметрів в різних режимах.

рис1

• Id @ Tc = 25 ° C; Continuous Drain Current Vgs @ 10V - максимальний тривалий, безперервний струм стоку, при температурі корпусу польового транзистора в 25 ° C, становить 20 А. При напрузі затвор-витік 10 В.

• Id @ Tc = 100 ° C; Continuous Drain Current Vgs @ 10V - максимальний тривалий, безперервний струм стоку, при температурі корпусу польового транзистора в 100 ° C, становить 12 А. При напрузі затвор-витік 10 В.

• Idm @ Tc = 25 ° C; Pulsed Drain Current - максимальний імпульсний, короткочасний струм стоку, при температурі корпусу польового транзистора в 25 ° C, становить 80 А. За умови дотримання прийнятною температури переходу. На малюнку 11 (Fig 11) дається пояснення щодо відповідних співвідношень.

• Pd @ Tc = 25 ° C Power Dissipation - максимальна розсіює корпусом транзистора потужність, при температурі корпусу в 25 ° C, становить 280 Вт.

• Linear Derating Factor - з підвищенням температури корпусу на кожен 1 ° C, розсіює потужність зростає ще на 2,2 Вт.

• Vgs Gate-to-Source Voltage - максимальна напруга затвор-витік не повинно бути вище +30 В або нижче -30 В.

• Eas Single Pulse Avalanche Energy - максимальна енергія одиничного імпульсу на стоці становить 960 мДж. Пояснення дається на малюнку 12 (Fig 12).

• Iar Avalanche Current - максимальний переривається струм складає 20 А.

• Ear Repetitive Avalanche Energy - максимальна енергія повторюваних імпульсів на стоці не повинна перевищувати 28 мДж (для кожного імпульсу).

• dv / dt Peak Diode Recovery dv / dt - гранична швидкість наростання напруги на стоці дорівнює 3,5 В / нс.

• Tj, Tstg Operating Junction and Storage Temperature Range - безпечний температурний діапазон від -55 ° C до + 150 ° C.

• Soldering Temperature, for 10 seconds - допустима при пайку максимальна температура становить 300 ° C, причому на відстані мінімум 1,6 мм від корпусу.

• Mounting torque, 6-32 or M3 screw - максимальний момент при кріпленні корпусу не повинен перевищувати 1,1 Нм.

Далі слідує таблиця температурних опорів (рис 2.). Ці параметри будуть необхідні при підборі відповідного радіатора.

рис2

• Rjc Junction-to-Case (кристал-корпус) 0.45 ° C / Вт.

• Rcs Case-to-Sink, Flat, Greased Surface (корпус-радіатор) 0.24 ° C / Вт.

• Rja Junction-to-Ambient (кристал-навколишнє середовище) залежить від радіатора і зовнішніх умов.

Наступна таблиця містить всі необхідні електричні характеристики польового транзистора при температурі кристала 25 ° C (див. Рис. 3).

Рис3

• V (br) dss Drain-to-Source Breakdown Voltage - напруга стік-витік, при якому настає пробою одно 500 В.

• ΔV (br) dss / ΔTj Breakdown Voltage Temp.Coefficient - температурний коефіцієнт, напруги пробою, в даному випадку 0,59 В / ° C.

• Rds (on) Static Drain-to-Source On-Resistance - опір стік-витік відкритого каналу при температурі 25 ° C, в даному випадку, становить 0,27 Ом. Воно залежить від температури, але про це пізніше.

• Vgs (th) Gate Threshold Voltage - порогове напруга включення транзистора. Якщо напруга затвор-витік буде менше (в даному випадку 2 - 4 В), то транзистор буде залишатися закритим.

• gfs Forward Transconductance - Крутизна передавальної характеристики, дорівнює відношенню зміни струму стоку до зміни напруги на затворі. В даному випадку виміряна при напрузі стік-витік 50 В і при струмі стоку 20 А. Вимірюється в Ампер / Вольт або Сіменс.

• Idss Drain-to-Source Leakage Current - струм витоку стоку, він залежить від напруги стік-витік і від температури. Вимірюється мікроамперах.

• Igss Gate-to-Source Forward Leakage і Gate-to-Source Reverse Leakage - струм витоку затвора. Вимірюється наноампер.

• Qg Total Gate Charge - заряд, який потрібно повідомити затвору для відкриття транзистора.

• Qgs Gate-to-Source Charge - заряд ємності затвор-витік.

• Qgd Gate-to-Drain ( "Miller") Charge - відповідний заряд затвор-стік (ємності Міллера)

В даному випадку ці параметри виміряні при напрузі стік-витік, рівному 400 В і при струмі стоку 20 А. На малюнку 6 дано пояснення щодо зв'язку величини напруги затвор-витік і повного заряду затвора Qg Total Gate Charge, а на малюнках 13 a і b наведені схема і графік цих вимірів.

• td (on) Turn-On Delay Time - час відкриття транзистора.

• tr Rise Time - час наростання імпульсу відкриття (передній фронт).

• td (off) Turn-Off Delay Time - час закриття транзистора.

• tf Fall Time - час спаду імпульсу (закриття транзистора, задній фронт).

В даному випадку вимірювання проводилися при напрузі живлення 250 В, при струмі стоку 20 А, при опорі в ланцюзі затвора 4,3 Ом, і опорі в ланцюзі стоку 20 Ом. Схема і графіки наведені на малюнках 10 a і b.

Дані параметри залежить від виконання корпусу транзистора. Вони важливі при проектуванні драйвера, оскільки безпосередньо пов'язані з тимчасовими параметрами ключа, особливо це актуально при розробці високочастотних схем.

• Ciss Input Capacitance - вхідна ємність, утворена умовними паразитними конденсаторами затвор-витік і затвор-стік.

• Coss Output Capacitance - вихідна ємність, утворена умовними паразитними конденсаторами затвор-витік і витік-стік.

• Crss Reverse Transfer Capacitance - ємність затвор-стік (ємність Міллера).

Дані вимірювання проводилися на частоті 1 МГц, при напрузі стік-витік 25 В. На малюнку 5 показана залежність даних параметрів від напруги стік-витік.

Наступна таблиця (див. Рис. 4) описує характеристики інтегрованого внутрішнього діода польового транзистора, умовно знаходиться між витоком і стоком.

Ріс4

• Is Continuous Source Current (Body Diode) - максимальний безперервний тривалий струм діода.

• Ism Pulsed Source Current (Body Diode) - максимально допустимий імпульсний струм через діод.

• Vsd Diode Forward Voltage - пряме падіння напруги на діоді при 25 ° C і струмі стоку 20 А, коли на затворі 0 В.

• trr Reverse Recovery Time - час зворотного відновлення діода.

• Qrr Reverse Recovery Charge - заряд відновлення діода.

• ton Forward Turn-On Time - час відкриття діода обумовлено головним чином індуктивностями стоку і витоку.

Далі в даташіте наводяться графіки залежності наведених параметрів від температури, струму, напруги і між собою (рис 5).

рис5

Наведено межі струму стоку, в залежності від напруги стік-витік і напруги затвор-витік при тривалості імпульсу 20 мкс. Перший малюнок - для температури 25 ° C, другий - для 150 ° C. Очевидно вплив температури на керованість відкриттям каналу.

Ріс6

На малюнку 6 графічно представлена ​​передавальна характеристика даного польового транзистора. Очевидно, чим ближче напруга затвор-витік до 10 В, тим краще відкривається транзистор. Вплив температури також проглядається тут досить чітко.

Ріс7

На малюнку 7 приведена залежність опору відкритого каналу при струмі стоку в 20 А від температури. Очевидно, із зростанням температури збільшується і опір каналу.

Ріс8

На малюнку 8 показана залежність величин паразитних ємностей від прикладеної напруги стік-витік. Можна бачити, що вже після переходу напругою стік-витік порога в 20 В, ємності змінюються значно.

Ріс9

На малюнку 9 наведена залежність прямого спадання напруги на внутрішньому діоді від величини струму стоку і від температури. На малюнку 8 показана область безпечної роботи транзистора в залежності від тривалості часу відкритого стану, величини струму стоку і напруги стік-витік.

Ріс10

На малюнку 11 показана залежність максимального струму стоку від температури корпусу.

Ріс11

На малюнках а і b представлені схема вимірювань і графік, який показує тимчасову діаграму відкриття транзистора в процесі наростання напруги на затворі і в процесі розряду ємності затвора до нуля.

Ріс12

На малюнку 12 зображені графіки залежності середньої термічної реакції транзистора (кристал-корпус) на тривалість імпульсу, в залежності від коефіцієнта заповнення.

Ріс13

На малюнках a і b показані схема вимірювань і графік руйнівної дії на транзистор імпульсу при розмиканні індуктивності.

Ріс14

На малюнку 14 показана залежність максимально допустимої енергії імпульсу від величини переривається струму і температури.

Ріс15

На малюнках а і b показані графік і схема вимірювань заряду затвора.

Ріс16

На малюнку 16 показана схема вимірювань параметрів і графік типових перехідних процесів у внутрішньому діоді транзистора.

Ріс17

На останньому малюнку зображений корпус транзистора IRFP460LC, його розміри, відстань між висновками, їх нумерація: 1-затвор, 2-стік, 3-витік.

Так, прочитавши даташит, кожен розробник зможе підібрати підходящий силовий чи не дуже, польовий або IGBT-транзистор для проектованого або ремонтується силового перетворювача, будь то зварювальний інвертор , Частотники або будь-який інший силовий імпульсний перетворювач.

Знаючи параметри польового транзистора, можна грамотно розробити драйвер, налаштувати контролер, провести теплові розрахунки, і підібрати відповідний радіатор без необхідності ставити зайве.