Полевой транзистор моп (mosfet)

Введение

Семейство p-канальных MOSFET-транзисторов компании IXYS обладает всеми основными преимуществами сопоставимых n-канальных MOSFET, такими как очень быстрое переключение, управление с помощью уровня напряжения затвора, простота параллельного соединения и высокая температурная стабильность. Оптимизация паразитного p-n-p-транзистора позволила получить приборы с отличной стабильностью к лавинному пробою . По сравнению с n-канальными силовыми MOSFET со схожей топологией, p-канальные транзисторы имеют лучшую FB-SOA (область безопасной работы при прямом токе) и практически имеют иммунитет к феномену одиночного эффекта выгорания (Single Event Burnout — открытие паразитного биполярного транзистора под воздействием космического излучения: приводит к разрушению прибора) . Но главным преимуществом p-канальных силовых MOSFET является простота управления в схемах верхнего ключа .

Источник питания для управления p-канальным транзистором в схеме верхнего ключа может быть однополярным, в то время как управление n-канальным MOSFET в схеме верхнего ключа требует наличия либо изолированного драйвера, либо импульсного трансформатора, который во многих случаях может работать некорректно. Более того, во многих случаях драйвер нижнего ключа может успешно управлять p-канальным MOSFET в верхнем включении. Такое решение часто позволяет упростить драйвер и снизить общую итоговую стоимость изделия. Главный же недостаток p-канальных MOSFET — более высокое сопротивление в открытом состоянии (R_ds(on)) по сравнению с n-канальными транзисторами. Это означает, что стоимостная эффективность решения на p-канальных MOSFET напрямую связана с оптимизацией по параметру R_ds(on) .

Рис. 1. MOSFET
а) p-канальный;
б) n-канальный

Компания IXYS разработала два семейства p-канальных MOSFET, перекрывающих диапазон напряжений от –50 до –600 В и диапазон токов I_D25 от –10 до –170 А. Таблица для выбора находится на сайте www.ixyspower.com. p-канальные Trench MOSFET в диапазоне от –50 до –150 В предлагают очень низкое сопротивление канала в открытом состоянии, низкий заряд затвора, быстрое переключение и быстрый встроенный диод. Планарные p-канальные MOSFET семейства Polar имеют превосходные динамические и статические характеристики в области напряжений от –100 до –600 В. Оба семейства доступны в лучших в отрасли изолированных корпусах семейства ISOPLUS.

Область применения MOSFET транзисторов

MOSFET транзистор универсальный прибор и области его применения практически не ограничены:

• промышленная автоматика — DC/DC преобразователи, понижающие/повышающие конверторы, блоки управления электродвигателями, блоки управления подачей топлива для автозаправочных станций, системы безопасности железнодорожного транспорта, электронные балласты для люминесцентных и компактных люминесцентных ламп, зарядные устройства;
• бытовая электроника — мобильные и бытовые телефоны, ноутбуки и блоки питания к ним, MP3-плееры и мобильные плееры, цифровые видеокамеры, схемы защиты Li-ion батарей, set-top-box, схемы управления вращением кулеров, кондиционеры, модули управления лазерными приводами, блоки управления холодильниками, стиральными машинами, пылесосами;
• автомобильная электроника — генераторы и стартеры переменного тока, электронные модули рулевого управления, электронасосы топлива и воды, турбокомпрессоры, модули управления стеклоподъемниками, стеклоочистителями, зеркалами, системы ABS, ESP, EBD, автоматизированные коробки передач, модули DC/DC преобразователей, регуляторы положения сидений, системы отопления, вентиляции, кондиционирования, система активной подвески.

Рассмотрим некоторые варианты схемы применения MOSFET транзисторов.

На рисунке 9 показана типовая блок-схема применения MOSFET транзисторов в антиблокировочной автомобильной системе (ABS) и электронной системе контроля устойчивости автомобиля (ESP).

Рисунок 9. Блок схема ABS и ESP с использованием MOSFET транзисторов

На рисунке 10 показана блок-схема блока управления приводом электромотора стояночного тормоза автомобиля построенном на MOSFET транзисторах.

Рисунок 10. Блок-схема блока управления приводом электромотора стояночного тормоза автомобиля

Рисунок 11 показывает, как можно с помощью MOSFET транзисторов NXP организовать гибридную схему подключения блока управления стартером генератора.

Рисунок 11. Гибридная схема подключения стартера генератора

На рисунке 12 показана блок-схема управления бесщеточным трехфазным электромотором с защитой от переполюсовки.

Рисунок 12. Блок-схема управления бесщеточного трехфазового электромотора с защитой от переполюсовки

На рисунке 13 показана еще одна простейшая блок-схема управления электромотором. В отличие от предыдущих схем, данная схема предназначена для управления высокоскоростным электромотором постоянного тока.

Рисунок 13. Блок-схема управления высокоскоростным электромотором постоянного тока

В заключение рассмотрим блок-схему впрыска для типового дизельного автомобильного двигателя, построенного на MOSFET транзисторах рисунок 14.

Рисунок 14. Схема впрыска типового дизельного автомобильного двигателя

На основании рассмотренных преимуществ MOSFET транзисторов производства компании NXP Semiconductors можно сделать выводы, что, в сравнении с продукцией других производителей, они наиболее эффективны для использования в различных силовых системах электроники, и наиболее пригодны для использования в особо важных системах безопасности автомобильного и железнодорожного транспорта. А в совокупности с магниторезистивными датчиками компании NXP можно организовать максимально производительные и эффективные системы.

Опыт применения MOSFET транзисторов NXP показал, что их легко можно применять в электронике, где ранее применялись электронные компоненты других известных производителей, таких International Rectifier (IR), STMicroelectronics, ON-Semiconductors, Vishay, Fairchild, Infineon, а зачастую превосходить качественные и ценовые параметры этих производителей.

Егоров Алексей, Компания Гамма Санкт-Петербург

Главная —
Микросхемы —
DOC —
ЖКИ —
Источники питания —
Электромеханика —
Интерфейсы —
Программы —
Применения —
Статьи

Инверсный режим (3 квадрант)

В инверсном режиме MOSFET приобретает диодную характеристику при напряжении отсечки V_GS(th) (рис. 11). Такое поведение обусловлено наличием паразитного диода в структуре, прямое падение напряжения образуется на переходе «коллектор–(исток)–база–(сток)–p-n-переход». Биполярный ток, проходящий через диод, определяет поведение MOSFET в инверсном режиме работы, когда канал закрыт (рис. 12а).

Рис. 12. Инверсный режим MOSFET :
а) закрытый канал (биполярный ток);
б) открытый канал и низкое отрицательное напряжение V_DS (униполярный ток);
в) открытый канал и высокое отрицательное напряжение V_DS (комбинированный характер тока)

Характеристики IRF3205

• Постоянный максимальный ток на коллектора при 10В и 25C – 110А
• Постоянный максимальный ток на коллекторе при 10В и 100C – 80А
• Максимальный ток при импульсном режиме – 390А
• Максимальное напряжение на канале сток-исток – 55В
• Напряжение для открытия – 2-4В
• Максимальное напряжение на затворе – ±20В
• Сопротивление канала сток-исток – 8 мОм
• Емкость затвора – ±3200 пФ
• Время открытия – ±14 нс
• Время закрытия – ±50 нс
• Максимальная мощность рассеивания – 200 Вт
• Диапазон рабочих температур – -55-175C
• Температура пайки (до 10 секунд) – 300C

Отдельное замечание по поводу максимального тока на коллекторе. Официально указанные 110 Ампер – это действительно максимальная сила тока для кристалла, но к нему он идет по тонкой проволочке от контакта истока. Она может выдержать максимум 75А. Это ограничение носит название “Максимальный ток корпуса”.

Если Вам необходимы полные характеристики и графики зависимости, то найти Вы их сможете в официальном datasheet.

FQP50N06 Datasheet (PDF)

1.1. fqp50n06l.pdf Size:694K _fairchild_semi

May 2001
TM
QFET
FQP50N06L
60V LOGIC N-Channel MOSFET
General Description Features
These N-Channel enhancement mode power field effect • 52.4A, 60V, RDS(on) = 0.021Ω @VGS = 10 V
transistors are produced using Fairchild’s proprietary, • Low gate charge ( typical 24.5 nC)
planar stripe, DMOS technology.
• Low Crss ( typical 90 pF)
This advanced technology has been especially t

1.2. fqp50n06.pdf Size:644K _fairchild_semi

TM
QFET
FQP50N06
60V N-Channel MOSFET
General Description Features
These N-Channel enhancement mode power field effect • 50A, 60V, RDS(on) = 0.022Ω @VGS = 10 V
transistors are produced using Fairchild’s proprietary, • Low gate charge ( typical 31 nC)
planar stripe, DMOS technology.
• Low Crss ( typical 65 pF)
This advanced technology has been especially tailored to
• Fast

 1.3. fqp50n06l.pdf Size:230K _inchange_semiconductor

1.4. fqp50n06.pdf Size:231K _inchange_semiconductor

Инструкция по прозвонке без выпаивания

Чтобы проверить, исправен ли полевой транзистор, нужно его выпаять и прозвонить с мультиметром. Однако могут возникать ситуации, когда нужно в схеме есть несколько таких деталей и неизвестно, какие из них исправны, а какие — нет. В этом случае полезно знать, как проверить полевой транзистор мультиметром не выпаивая. В этом случае применяют проверку без выпаивания. Она даёт примерный результат.

После того, как будет определён предположительно неисправный элемент, его отсоединяют и проверяют, получив точную информацию о его работоспособности. Если он функционирует нормально, его устанавливают на прежнее место.

Проверка без выпаивания выполняется следующим образом:

1. Перед проведением прозвонки полевого транзистора цифровым мультиметром устройство отключают от электрической розетки или от аккумуляторов. Последние вынимают из устройства.
2. Если красный щуп соединить с истоком, а чёрный — со стоком, то можно рассчитывать, что мультиметр покажет 500 мв. Если на индикаторе можно увидеть эту или превышающую её цифру, то это говорит о том, что транзистор полностью фунукционален.
3. В том случае, если эта величина гораздо меньше — 50 или даже 5 мв, то в этом случае можно с высокой вероятностью предположить неисправность.
4. Если красный мультиметровый щуп переставить на затвор, а чёрный оставить на прежнем месте, то на индикаторе можно будет увидеть 1000 мв или больше, что говорит об исправности полевого транзистора. Когда разница составляет 50 мв, то это внушает опасение, что деталь испорчена.
5. Если чёрный щуп тестера поставить на исток, а красный поместить на затвор, то для работоспособного транзистора можно ожидать на дисплее 100 мв или больше. В тех случаях, когда цифра будет меньше 50 мв, имеется высокая вероятность того, что проверяемая деталь неработоспособна.

Нужно учитывать, что выводы, получаемые без выпайки, носят вероятностный характер. Эти данные позволяют получить предварительные выводы об используемых в схеме полевых транзисторах. Для проверки их нужно выпаять, произвести проверку и установить, если работоспособность подтверждена.

P-канальные MOSFET транзисторы одноканальные

SOT-23

PQFN 2×2 мм, 3×3 мм

SO-8 и TSOP-6

PQFN 5×6мм

FQD6N50C Datasheet (PDF)

1.1. fqd6n50ctf fqd6n50ctm fqd6n50c fqu6n50c.pdf Size:757K _fairchild_semi

October 2008
QFET
FQD6N50C / FQU6N50C
500V N-Channel MOSFET
General Description Features
These N-Channel enhancement mode power field effect • 4.5A, 500V, RDS(on) = 1.2 Ω @VGS = 10 V
transistors are produced using Fairchild’s proprietary, • Low gate charge (typical 19nC)
planar stripe, DMOS technology.
• Low Crss (typical 15pF)
This advanced technology has been especially t

5.1. fqd6n60c.pdf Size:678K _fairchild_semi


QFET
FQD6N60C
600V N-Channel MOSFET
Features Description
• 4 A, 600 V, RDS(on) = 2.0 Ω @ VGS = 10 V These N-Channel enhancement mode power field effect
transistors are produced using Fairchild’s proprietary, planar
• Low gate charge ( typical 16 nC )
stripe, DMOS technology.
This advanced technology has been especially tailored to
• Low Crss ( typical 7 pF)
minimize on-s

5.2. fqd6n60ctm.pdf Size:679K _fairchild_semi


QFET
FQD6N60C
600V N-Channel MOSFET
Features Description
• 4 A, 600 V, RDS(on) = 2.0 Ω @ VGS = 10 V These N-Channel enhancement mode power field effect
transistors are produced using Fairchild’s proprietary, planar
• Low gate charge ( typical 16 nC )
stripe, DMOS technology.
This advanced technology has been especially tailored to
• Low Crss ( typical 7 pF)
minimize on-s

 5.3. fqd6n25tf fqd6n25tm fqd6n25 fqu6n25.pdf Size:798K _fairchild_semi

October 2008
QFET
FQD6N25 / FQU6N25
250V N-ChanneI MOSFET
GeneraI Description Features
These N-Channel enhancement mode power field effect • 4.4A, 250V, RDS(on) = 1.0Ω @VGS = 10 V
transistors are produced using Fairchild’s proprietary, • Low gate charge ( typical 6.6 nC)
planar stripe, DMOS technology.
• Low Crss ( typical 7.5 pF)
This advanced technology has been especia

5.4. fqd6n40ctf fqd6n40ctm fqd6n40c fqu6n40c fqu6n40ctu.pdf Size:654K _fairchild_semi

October 2008
QFET
FQD6N40C / FQU6N40C
400V N-Channel MOSFET
General Description Features
These N-Channel enhancement mode power field effect • 4.5A, 400V, RDS(on) = 1.0 Ω @VGS = 10 V
transistors are produced using Fairchild’s proprietary, • Low gate charge ( typical 16nC)
planar stripe, DMOS technology.
• Low Crss ( typical 15pF)
This advanced technology has been especiall

 5.5. fqd6n40tf fqd6n40tm.pdf Size:723K _fairchild_semi

April 2000
TM
QFET
QFET
QFET
QFET
FQD6N40 / FQU6N40
400V N-ChanneI MOSFET
GeneraI Description Features
These N-Channel enhancement mode power field effect • 4.2A, 400V, RDS(on) = 1.15Ω @VGS = 10 V
transistors are produced using Fairchild’s proprietary, • Low gate charge ( typical 13 nC)
planar stripe, DMOS technology.
• Low Crss ( typical 9.5 pF)
This advanced technolog

Особенности режима усиления

Увеличение положительного напряжения затвора вызовет появление сопротивления в канале. Это не покажет тестер транзисторов, он может только проверить целостность переходов. Чтобы уменьшить дальнейший рост, нужно увеличить тока стока. Другими словами, для режима усиления п-канального МОП-транзистора:

1. Положительный сигнал транзистор переводит в проводящий режим.
2. Отсутствие сигнала или же его отрицательное значение переводит в непроводящий режим транзистор. Следовательно, в режиме усиления МОП-транзистор эквивалентен «нормально разомкнутому» переключателю.

Обратные утверждения справедливы для режимов усиления р-канальных МОП-транзисторов. При нулевом напряжении устройство в режиме «Выкл» и канал открыт. Применение напряжения отрицательного значения к затвору р-типа у MOSFET увеличивает проводимость каналов, переводя его режим «Вкл». Проверить можно, используя тестер (цифровой или стрелочный). Тогда для режима усиления р-канального МОП-транзистора:

1. Положительный сигнал переводит транзистор «Выкл».
2. Отрицательный включает транзистор в режим «Вкл».

CMOS логика

Разобравшись с принципом работы транзистора, переходим к следующему вопросу: как же имплементировать логические операции с помощью таких затворов? На самом деле, трудно представить связь между протеканием тока и теми инструкциями, которые можно увидеть в программном коде. Существует далеко не один метод для реализации логики, однако сегодня мы остановимся на самом распространенном из них — CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor), или КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник).

Почему же CMOS стал столь популярным? Причина кроется в энергоэффективности метода. CMOS затрачивает значительное количество энергии только во время переключений, в то время как другие методы имплементации логики потребляют достаточно много энергии вне зависимости от состояния.

Однако прежде чем перейти к рассказу о CMOS, необходимо сказать несколько слов о булевой логике. Если не углубляться в подробности, то ее суть заключается в том, что любое выражение можно свести к последовательности простейших логических операций. Этими операциями являются «И» (конъюнкция), «ИЛИ» (дизъюнкция) и «НЕ» (отрицание). Именно они составляют основу всех функций, которые поддерживаются современными вычислительными устройствами.

Нужно отметить, что CMOS состоит исключительно из MOSFET-транзисторов p- и n-типа и не имеют в своей архитектуре резисторов. Поэтому существуют определенные требования, которые позволяют заимплементировать всевозможные логические вентили. Таких требований всего два:

• Все PMOS-транзисторы должны иметь на входе источник напряжения или другой PMOS-транзистор.
• Все NMOS-транзисторы должны иметь на входе землю или другой NMOS-транзистор

Подключение IRF3205

Подключение данного транзистора ничем не отличается от способа подключения остальных n-канальных МОП-транзисторов в корпусе ТО-220. Ниже Вы можете увидеть цоколевку выводов MOSFET’а:

Управление осуществляется затвором (gate). В теории, полевику все равно где у него сток, а где исток. Однако в жизни проблема заключается в том, что ради улучшения характеристик транзистора контакты стока и стока производители делают разными. А на мощных моделях из-за технического процесса образуется паразитный обратный диод.

Подключение к микроконтроллеру

Так как для открытия транзистора на затвор необходимо подать около 20В, то подключить его напрямую к МК, который выйдет максимум 5, не получится. Есть несколько способов решения этой задачи:

• Регулировать напряжение на затворе менее мощным транзистором, благодаря которому можно управлять напряжением в 5В. В таком случае схема будет простая и все, что придется добавить – это два резистора (подтягивающий на 10 кОм и ограничивающий ток на 100 Ом)
• Использовать специализированный драйвер. Такая микросхема будет формировать необходимый сигнал управления и выравнивать уровень между контроллером и транзистором. Ниже приведена одна из возможных схем для такого способа.
• Воспользоваться другим транзистором, у которого вольтаж открытия будет ниже. Вот список наиболее мощных и распространенных транзисторов, которые можно использовать с микроконтроллерами такими, как arduino, например:
  • IRF3704ZPBF
  • IRLB8743PBF
  • IRL2203NPBF
  • IRLB8748PBF
  • IRL8113PBF

Строительство N-канального МОП-транзистора

Давайте рассмотрим N-канальный MOSFET, чтобы понять его работу. Подложена слегка легированная подложка P-типа, в которую рассеиваются две сильно легированные области N-типа, которые действуют как исток и сток. Между этими двумя областями N + происходит диффузия с образованием N-канала, соединяющего сток и исток.

Тонкий слой диоксида кремния (SiO 2 )

выращивается по всей поверхности, и сделаны отверстия, чтобы нарисовать омические контакты для выводов стока и истока. Проводящий слойалюминия проложен по всему каналу, на этот слойSiO 2 от истока до стока, который составляет затвор.Подложка SiO 2 соединена с общей или заземленной клеммой.

Из-за своей конструкции МОП-транзистор имеет гораздо меньшую площадь микросхемы, чем BJT, что составляет 5% занятости по сравнению с биполярным переходным транзистором. Это устройство может работать в режимах. Это режимы истощения и улучшения. Давайте попробуем разобраться в деталях.

Напряжение пробоя

Напряжением пробоя (BVDSS) называется напряжение сток-исток, при котором обратносмещенный внутренний p-n-переход между р-областью и областью дрейфа пробивается и за счет лавинного процесса увеличения носителей заряда через прибор начинает протекать значительный ток, даже если исток и затвор закорочены. Для напряжений ниже BVDSS и при отсутствии смещения на затворе канал не образуется, и все напряжение стока падает на закрытом внутреннем p-n-переходе. BVDSS обычно измеряется при токе стока 250 мкА.

Рис. 6. Зависимость тока стока от напряжения сток-исток при различных значениях напряжения на затворе

Кроме пробоя за счет лавинообразного процесса, в неудачно разработанных или некачественно изготовленных приборах могут существовать два связанных по смыслу явления, приводящих к подобному результату. Оба этих эффекта вызываются «проколом» p-n-перехода. В первом случае область обеднения внутреннего p-n-перехода в области p (рис. 6) доходит до области истока при напряжениях, меньших, чем напряжение пробоя BVDSS. Область p в месте прокола фактически перестает существовать, что можно охарактеризовать как прокол базы паразитного биполярного транзистора. Для тока появляется путь в обход канала, что вызывает «мягкий» пробой, характеристика которого показана на рис. 7. Ток утечки между истоком и стоком обозначается как IDSS. Существует определенная дилемма — уменьшение сопротивления канала за счет его укорочения с одной стороны, и попытка избежать явления прокола за счет удлинения канала — с другой. Проколу также может быть подвержена область дрейфа, что имеет место при достижении подложки областью обеднения внутреннего p-n-перехода со стороны области дрейфа (n—) при напряжениях ниже напряжений образования лавины в эпитаксиальном слое. Как только область обеднения заходит в насыщенную носителями область подложки, дальнейшее повышение напряжения стока приводит к быстрому достижению критической величины напряженности поля в 2×105 В/см, при котором начинается лавинообразный процесс.

Рис. 7. Зависимость тока стока от напряжения сток-исток при пробое

FQP50N06L Datasheet (PDF)

1.1. fqp50n06l.pdf Size:694K _fairchild_semi

May 2001
TM
QFET
FQP50N06L
60V LOGIC N-Channel MOSFET
General Description Features
These N-Channel enhancement mode power field effect • 52.4A, 60V, RDS(on) = 0.021Ω @VGS = 10 V
transistors are produced using Fairchild’s proprietary, • Low gate charge ( typical 24.5 nC)
planar stripe, DMOS technology.
• Low Crss ( typical 90 pF)
This advanced technology has been especially t

1.2. fqp50n06l.pdf Size:230K _inchange_semiconductor

 2.1. fqp50n06.pdf Size:644K _fairchild_semi

TM
QFET
FQP50N06
60V N-Channel MOSFET
General Description Features
These N-Channel enhancement mode power field effect • 50A, 60V, RDS(on) = 0.022Ω @VGS = 10 V
transistors are produced using Fairchild’s proprietary, • Low gate charge ( typical 31 nC)
planar stripe, DMOS technology.
• Low Crss ( typical 65 pF)
This advanced technology has been especially tailored to
• Fast

2.2. fqp50n06.pdf Size:231K _inchange_semiconductor

Безопасная эксплуатация IRF3205

У всех МОСФЕТ транзисторов одинаковые причины для поломки.

Первое, о чем стоит помнить, так это о характеристиках конкретного экземпляра. Не вздумайте использовать его на недопустимых пределах. А при использовании на больших мощностях всегда нужно иметь под рукой дополнительное охлаждения в виде радиатора и, при необходимости, кулера.

Вторая по распространенности проблема – короткое замыкание между стоком и истоком. При такой ситуации кристалл внутри транзистора может легко расплавиться, что приведет устройство в негодность.

Последнее, о чем стоит помнить, это напряжение на затворе. В случае с этим МОП-транзистором, слой диэлектрика способен разрушиться при превышении 25 Вольт на затворе.

Чтобы выбрать подходящий для любого проекта транзистор, нужно опираться на его запас по мощности. Желательно, чтобы этот запас составлял около 30%: этого должно хватить и на нестабильность питания, и на возможную неисправность других компонентов.

Возможно, вам также будет интересно

Часть 1. В предыдущей части исследования проблемы затворного резистора уже было отмечено, что к выбору его номинала следует относиться со всей ответственностью. И здесь даже более критичен не слишком высокий номинал, а наоборот, чересчур малое сопротивление и, как следствие, слишком быстрая скорость переключения. Действительно, если сопротивление избыточно, его последствия наглядны и определяются довольно быстро: перегрев,

Владимир Хлуденьков инхронизация по фазе производится после определения сдвига фаз Δφ = φ — φ0 изменением либо фазы, либо частоты внутреннего генератора, в этом случае сдвиг фаз плавно уменьшается до нуля. Как правило, вычисление сдвига фаз и синхронизация проводятся каждый период. Рассмотрим методы определения текущего отклонения фазы (рассинхронизации). Для этого используют следующие основные методы. В

На протяжении последних десятилетий характеристики модулей IGBT определялись свойствами самих IGBT и обратных диодов. Роль здесь играют не только электрические параметры, но и применяемые технологии сборки, от которых в первую очередь зависит срок службы силовых модулей. В настоящей статье описывается новый пакет технологий соединения .XT, который позволяет преодолеть существующие ограничения на срок службы.

Влияние дрейфа VGS на условия применения

Основное влияние динамический дрейф порогового напряжения оказывает на сопротивление канала R_DS(on), начальное значение которого определяется в спецификации для заданного напряжения управления. Увеличение R_DS(on) приводит к росту потерь проводимости и, соответственно, температуры кристаллов T_j. Этот временной эффект следует учитывать при оценке показателей надежности.

Насколько критичным является увеличение T_j — зависит от конкретного применения и условий эксплуатации. Во многих случаях оно незначительно и не приводит к заметному перегреву кристаллов, даже к концу срока службы. Однако в некоторых приложениях рост температуры чипов может негативно влиять на важные параметры изделия, в частности стойкость к термоциклированию.

Ниже на примере полумостового каскада в DC/DC-конверторе проиллюстрировано воздействие дрейфа V_GS(th) в различных условиях (табл.). В первом случае доминируют потери проводимости (P_con), во втором — коммутационные потери (P_sw) и потери проводимости вносят одинаковый вклад в общий баланс.

Влияние изменения V_GS(th) на распределение потерь и температуру кристаллов для примеров 1 и 2 показано на рис. 4. В обоих случаях ожидаемое изменение напряжения управления одинаково к концу срока службы и составляет 1 В.

Рис. 4. Влияние дрейфа V_GS(th) в разных условиях применения

Как видно из примера 1, в котором преобладают потери проводимости, дрейф V_GS(th) приводит к заметно большему росту потерь и, следовательно, большему перегреву кристаллов. Этот факт необходимо учитывать при проектировании и соблюдать рекомендации, подробно описанные далее. Для режимов со сбалансированными потерями переключения и проводимости, вариации напряжения управления имеют гораздо меньшее влияние на общие потери и температуру чипов.

Подведем итог

Многие из вышеупомянутых фактов касаются исторической основы обоих устройств. Достижения и технологические прорывы в разработке нового оборудования, а также использование новых материалов, таких как карбид кремния (SiC), привели к значительному улучшению производительности этих радиодеталей за последние годы. 

МОП-транзистор: 

• Высокая частота переключения.
• Лучшие динамические параметры и более низкое энергопотребление драйвера. 
• Более низкая емкость затвора.
• Более низкое термосопротивление, которое приводит к лучшему рассеиванию мощности.
• Более короткое время нарастания и спада, что означает способность работать на более высоких частотах.

IGBT модуль: 

• Улучшенная технология производства, которая приводит к снижению затрат.
• Лучшая устойчивость к перегрузкам.
• Улучшенная способность распараллеливания схемы.
• Более быстрое и плавное включение и выключение.
• Снижение потерь при включении и при переключении.
• Снижение входной мощности.

В любом случае модули MOSFET и IGBT быстро заменяют большинство старых полупроводниковых и механических устройств, используемых для управления током. Силовые устройства на основе SiC демонстрируют такие преимущества как меньшие потери, меньшие размеры и более высокая эффективность. Подобные инновации будут продолжать расширять пределы использования MOSFET и IGBT транзисторов для схем с более высоким напряжением и большей мощностью.

Похожие записи:

Как установить светодиодную ленту на потолок своими руками: инструкция Закон ома для участка цепи, формула Выбор места установки стабилизатора напряжения в доме Электрическое апв однократного действия Микросхема усилитель tda2030 Виды и устройство оптронов (оптопар)