Các thông số của bóng bán dẫn hiệu ứng trường: những gì được viết trong bảng dữ liệu
Bộ biến tần nguồn và nhiều thiết bị điện tử khác ngày nay hiếm khi hoạt động mà không sử dụng MOSFET mạnh (hiệu ứng trường) hoặc bóng bán dẫn IGBT… Điều này áp dụng cho cả các bộ chuyển đổi tần số cao như bộ biến tần hàn và cho các dự án gia đình khác nhau, sơ đồ của chúng có đầy trên Internet.
Các thông số của chất bán dẫn điện được sản xuất hiện nay cho phép chuyển đổi dòng điện hàng chục và hàng trăm ampe ở điện áp lên đến 1000 vôn. Sự lựa chọn của các thành phần này trên thị trường điện tử hiện đại là khá rộng và việc chọn một bóng bán dẫn hiệu ứng trường với các thông số cần thiết ngày nay hoàn toàn không phải là vấn đề, vì mỗi nhà sản xuất tự trọng đều đi kèm với một mẫu bóng bán dẫn hiệu ứng trường cụ thể với tài liệu kỹ thuật luôn có thể được tìm thấy trên trang web chính thức của nhà sản xuất và tại các đại lý chính thức.
Trước khi tiếp tục thiết kế thiết bị này hoặc thiết bị đó bằng cách sử dụng các thành phần cấp nguồn được chỉ định, bạn phải luôn biết chính xác mình đang xử lý cái gì, đặc biệt là khi chọn một bóng bán dẫn hiệu ứng trường cụ thể.Với mục đích này, họ chuyển sang các tờ thông tin. Bảng dữ liệu là tài liệu chính thức từ nhà sản xuất linh kiện điện tử chứa các mô tả, thông số, tính năng sản phẩm, sơ đồ điển hình, v.v.
Hãy xem nhà sản xuất chỉ ra những thông số nào trong bảng dữ liệu, ý nghĩa của chúng và chúng dùng để làm gì. Hãy xem một bảng dữ liệu ví dụ cho IRFP460LC FET. Đây là một bóng bán dẫn điện HEXFET khá phổ biến.
HEXFET ngụ ý một cấu trúc tinh thể như vậy trong đó hàng nghìn tế bào MOSFET hình lục giác được kết nối song song được tổ chức thành một tinh thể duy nhất. Giải pháp này giúp giảm đáng kể điện trở của kênh mở Rds (bật) và cho phép chuyển đổi dòng điện lớn. Tuy nhiên, hãy chuyển sang xem xét các tham số được liệt kê trực tiếp trong bảng dữ liệu của IRFP460LC từ Bộ chỉnh lưu quốc tế (IR).
Nhìn thấy Fig_IRFP460LC
Ở phần đầu của tài liệu, một hình ảnh sơ đồ của bóng bán dẫn được đưa ra, các ký hiệu của các điện cực của nó được đưa ra: cổng G (cổng), cổng D (cống), nguồn S (nguồn) và cả cổng chính của nó. các thông số được chỉ định và được phân biệt chất lượng được liệt kê. Trong trường hợp này, chúng tôi thấy rằng FET kênh N này được thiết kế cho điện áp tối đa là 500 V, điện trở kênh mở của nó là 0,27 Ohm và dòng điện giới hạn của nó là 20 A. Điện tích cổng giảm cho phép sử dụng thành phần này ở mức cao mạch tần số với chi phí năng lượng thấp để điều khiển chuyển mạch. Dưới đây là bảng (Hình 1) với các giá trị tối đa cho phép của các tham số khác nhau ở các chế độ khác nhau.
-
Id @ Tc = 25 °C; Dòng xả liên tục Vss @ 10V — Dòng xả liên tục, liên tục tối đa, ở nhiệt độ thân FET là 25 °C, là 20 A. Ở điện áp nguồn cổng là 10 V.
-
Id @ Tc = 100 °C; Dòng xả liên tục Vss @ 10V — Dòng xả liên tục, liên tục tối đa, ở nhiệt độ thân FET là 100 °C, là 12 A. Ở điện áp nguồn cổng là 10 V.
-
Iđm @ Tc = 25°C; Dòng xả xung — Dòng xả xung tối đa, dòng xả ngắn hạn, ở nhiệt độ thân FET 25 °C là 80 A. Tùy thuộc vào nhiệt độ đường giao nhau chấp nhận được. Hình 11 (Hình 11) cung cấp giải thích về các mối quan hệ liên quan.
-
Pd @ Tc = 25 °C Công suất tiêu thụ — Công suất tiêu thụ tối đa của vỏ bóng bán dẫn, ở nhiệt độ vỏ 25 °C, là 280 W.
-
Hệ số suy giảm tuyến tính — Với mỗi mức tăng 1°C trong nhiệt độ thùng máy, mức tiêu thụ điện năng sẽ tăng thêm 2,2 watt.
-
Điện áp cổng tới nguồn VSS - Điện áp cổng tới nguồn tối đa không được cao hơn +30V hoặc thấp hơn -30V.
-
Eas Single Pulse Avalanche Energy — Năng lượng tối đa của một xung đơn trong cống là 960 mJ. Một lời giải thích được đưa ra trong hình. 12 (Hình 12).
-
Iar Dòng điện tuyết lở — Dòng điện gián đoạn tối đa là 20 A.
-
Tai Năng lượng tuyết lở lặp đi lặp lại — Năng lượng tối đa của các xung lặp đi lặp lại trong cống không được vượt quá 28 mJ (đối với mỗi xung).
-
dv / dt Phục hồi điốt cực đại dv / dt — Tốc độ tăng tối đa của điện áp cực tiêu là 3,5 V / ns.
-
Tj, Tstg Phạm vi nhiệt độ vận hành và bảo quản mối nối — Phạm vi nhiệt độ an toàn từ -55 ° C đến + 150 ° C.
-
Nhiệt độ hàn, trong 10 giây — nhiệt độ hàn tối đa là 300 ° C và cách cơ thể ít nhất 1,6 mm.
-
Mô-men xoắn lắp, vít 6-32 hoặc M3 — mô-men xoắn lắp vỏ tối đa không được vượt quá 1,1 Nm.
Dưới đây là bảng điện trở nhiệt độ (Hình 2.). Các thông số này sẽ cần thiết khi chọn bộ tản nhiệt phù hợp.
-
Rjc nối với vỏ (vỏ pha lê) 0,45 ° C / W.
-
Rcs Thân chìm, bề mặt phẳng, bôi trơn 0.24°C/W
-
Rja Junction-to-Ambient phụ thuộc vào tản nhiệt và điều kiện xung quanh.
Bảng sau đây chứa tất cả các đặc tính điện cần thiết của FET ở nhiệt độ khuôn 25 ° C (xem Hình 3).
-
V (br) dss Điện áp đầu ra giữa nguồn với nguồn—điện áp giữa nguồn với nguồn tại đó xảy ra đánh thủng là 500 V.
-
ΔV(br)dss / ΔTj Nhiệt độ điện áp đánh thủng. Hệ số — hệ số nhiệt độ, điện áp đánh thủng, trong trường hợp này là 0,59 V / ° C.
-
Rds (bật) Điện trở tĩnh giữa nguồn và nguồn - điện trở giữa nguồn và nguồn của kênh mở ở nhiệt độ 25 ° C, trong trường hợp này là 0,27 Ohm. Nó phụ thuộc vào nhiệt độ, nhưng nhiều hơn về điều đó sau.
-
Vgs (th) Gres Threshold Voltage — điện áp ngưỡng để bật bóng bán dẫn. Nếu điện áp nguồn cổng nhỏ hơn (trong trường hợp này là 2 - 4 V), thì bóng bán dẫn sẽ vẫn đóng.
-
gfs Độ dẫn chuyển tiếp — Độ dốc của đặc tính truyền bằng tỷ lệ giữa sự thay đổi dòng điện thoát với sự thay đổi điện áp cổng. Trong trường hợp này, nó được đo ở điện áp nguồn thoát 50 V và dòng điện thoát 20 A. Được đo bằng Ampe / Vôn hoặc Siemens.
-
Idss Dòng điện rò rỉ từ nguồn tới nguồn phụ thuộc vào điện áp và nhiệt độ từ nguồn tới nguồn. Được đo bằng microampe.
-
Igss Gate-to-Source Forward Leakage và Gate-to-Source Reverse Leakage-gate dòng rò. Nó được đo bằng nanoampe.
-
Qg Total Gate Charge — điện tích phải được báo cáo cho cổng để mở bóng bán dẫn.
-
Qss Gate-to-Source Charge Phí dung lượng cổng-đến-nguồn.
-
Qgd Gate-to-Drain («Miller») Điện tích cổng-to-drain tương ứng với điện tích (Điện dung Miller)
Trong trường hợp này, các tham số này được đo ở điện áp nguồn-nguồn bằng 400 V và dòng điện tiêu hao là 20 A. Biểu đồ và đồ thị của các phép đo này được hiển thị.
-
td (on) Turn -On Delay Time—thời gian mở transistor.
-
tr Rise Time — thời gian tăng của xung mở (cạnh tăng).
-
td (off) Turn -Off Delay Time—thời gian đóng transistor.
-
tf Fall Time — thời gian xung giảm (đóng bóng bán dẫn, cạnh giảm).
Trong trường hợp này, các phép đo được thực hiện ở điện áp nguồn 250 V, với dòng điện tiêu hao là 20 A, với điện trở mạch cổng là 4,3 Ohm và điện trở mạch tiêu hao là 20 Ohm. Sơ đồ và đồ thị được thể hiện trong Hình 10 a và b.
-
Ld Internal Drain inductance — điện cảm thoát nước.
-
Ls Điện cảm nguồn bên trong — điện cảm nguồn.
Các tham số này phụ thuộc vào phiên bản của vỏ bóng bán dẫn. Chúng rất quan trọng trong thiết kế trình điều khiển, vì chúng liên quan trực tiếp đến các tham số thời gian của phím, điều này đặc biệt quan trọng trong việc phát triển các mạch tần số cao.
-
Điện dung đầu vào Ciss-điện dung đầu vào được hình thành bởi các tụ điện ký sinh cổng-nguồn và cổng-cống thông thường.
-
Điện dung đầu ra Coss là điện dung đầu ra được hình thành bởi các tụ điện ký sinh từ nguồn đến nguồn và từ nguồn sang nguồn thông thường.
-
Điện dung truyền ngược Crss — điện dung cổng-cống (điện dung Miller).
Các phép đo này được thực hiện ở tần số 1 MHz, với điện áp giữa nguồn với nguồn là 25 V. Hình 5 cho thấy sự phụ thuộc của các tham số này vào điện áp giữa nguồn với nguồn.
Bảng sau (xem Hình 4) mô tả các đặc điểm của đi-ốt bóng bán dẫn hiệu ứng trường bên trong tích hợp thường nằm giữa nguồn và cống.
-
Là Dòng Nguồn Liên Tục (Thân Điốt) — dòng nguồn liên tục tối đa của điốt.
-
Ism Pulsed Source Current (Body Diode) — dòng xung tối đa cho phép qua diode.
-
Điện áp chuyển tiếp điốt Vsd - Điện áp chuyển tiếp giảm trên điốt ở 25 ° C và dòng thoát 20 A khi cổng là 0 V.
-
trr Reverse Recovery Time — thời gian phục hồi ngược của diode.
-
Qrr Reverse Recovery Charge — phí phục hồi diode.
-
ton Forward Turn-On Time - Thời gian bật của một diode chủ yếu là do dòng điện cảm và nguồn tự cảm.
Hơn nữa trong bảng dữ liệu, các biểu đồ về sự phụ thuộc của các tham số đã cho vào nhiệt độ, dòng điện, điện áp và giữa chúng được đưa ra (Hình 5).
Các giới hạn dòng xả được đưa ra, tùy thuộc vào điện áp nguồn xả và điện áp nguồn cổng ở thời lượng xung là 20 μs. Con số đầu tiên dành cho nhiệt độ 25 ° C, con số thứ hai dành cho 150 ° C. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng kiểm soát của việc mở kênh là rõ ràng.
Hình 6 hiển thị bằng đồ thị đặc tính truyền của FET này. Rõ ràng, điện áp nguồn cổng càng gần 10 V thì bóng bán dẫn bật càng tốt. Ở đây ảnh hưởng của nhiệt độ cũng khá rõ ràng.
Hình 7 cho thấy sự phụ thuộc của điện trở kênh mở ở dòng thoát 20 A vào nhiệt độ. Rõ ràng, khi nhiệt độ tăng, điện trở của kênh cũng tăng.
Hình 8 cho thấy sự phụ thuộc của các giá trị điện dung ký sinh vào điện áp nguồn-nguồn được áp dụng. Có thể thấy rằng ngay cả sau khi điện áp nguồn-thoát vượt qua ngưỡng 20 V, điện dung không thay đổi đáng kể.
Hình 9 cho thấy sự phụ thuộc của sự sụt giảm điện áp thuận trong điốt bên trong vào độ lớn của dòng thoát và vào nhiệt độ. Hình 8 cho thấy vùng hoạt động an toàn của bóng bán dẫn là một hàm của độ dài thời gian bật, cường độ dòng tiêu hao và điện áp nguồn tiêu hao.
Hình 11 cho thấy dòng xả tối đa so với nhiệt độ vỏ.
Hình a và b hiển thị mạch đo và biểu đồ hiển thị sơ đồ thời gian mở bóng bán dẫn trong quá trình tăng điện áp cổng và trong quá trình xả điện dung cổng về không.
Hình 12 cho thấy các biểu đồ về sự phụ thuộc của đặc tính nhiệt trung bình của bóng bán dẫn (thân tinh thể) vào thời lượng của xung, tùy thuộc vào chu kỳ làm việc.
Hình a và b hiển thị thiết lập phép đo và biểu đồ tác động phá hủy trên bóng bán dẫn của xung khi cuộn cảm được mở.
Hình 14 cho thấy sự phụ thuộc của năng lượng tối đa cho phép của xung vào giá trị của dòng điện bị gián đoạn và nhiệt độ.
Hình a và b hiển thị biểu đồ và sơ đồ đo điện tích cổng.
Hình 16 cho thấy thiết lập phép đo và đồ thị của các quá độ điển hình trong đi-ốt bên trong của bóng bán dẫn.
Hình cuối cùng cho thấy trường hợp của bóng bán dẫn IRFP460LC, kích thước của nó, khoảng cách giữa các chân, cách đánh số của chúng: 1 cổng, 2 cống, 3 hướng đông.
Vì vậy, sau khi đọc bảng dữ liệu, bất kỳ nhà phát triển nào cũng có thể chọn công suất phù hợp hoặc không nhiều, hiệu ứng trường hoặc bóng bán dẫn IGBT cho bộ chuyển đổi nguồn được thiết kế hoặc sửa chữa, có thể là biến tần hàn, nhân viên tần số hoặc bộ chuyển đổi chuyển đổi năng lượng khác.
Biết được các thông số của bóng bán dẫn hiệu ứng trường, bạn có thể phát triển thành thạo trình điều khiển, định cấu hình bộ điều khiển, thực hiện các phép tính nhiệt và chọn bộ tản nhiệt phù hợp mà không cần phải cài đặt quá nhiều.