전계 효과 트랜지스터의 매개변수: 데이터 시트에 기록된 내용

오늘날 파워 인버터 및 기타 많은 전자 장치는 강력한 MOSFET(전계 효과) 또는 IGBT 트랜지스터... 이것은 용접 인버터와 같은 고주파 변환기와 인터넷에 회로도가 가득한 다양한 가정 프로젝트에 모두 적용됩니다.

현재 생산되는 전력 반도체의 매개변수는 최대 1000볼트의 전압에서 수십 및 수백 암페어의 스위칭 전류를 허용합니다. 현대 전자 시장에서 이러한 구성 요소의 선택은 상당히 광범위하며 필요한 매개 변수가있는 전계 효과 트랜지스터를 선택하는 것은 오늘날 문제가되지 않습니다. 제조업체의 공식 웹 사이트와 공식 딜러 모두에서 항상 찾을 수 있는 기술 문서.

지정된 전원 공급 장치 구성 요소를 사용하여 이 장치 또는 해당 장치의 설계를 진행하기 전에 특히 특정 전계 효과 트랜지스터를 선택할 때 정확히 무엇을 다루고 있는지 항상 알아야 합니다.이를 위해 정보 시트를 사용합니다. 데이터 시트는 설명, 매개변수, 제품 기능, 일반 다이어그램 등을 포함하는 전자 부품 제조업체의 공식 문서입니다.

제조업체가 데이터 시트에 표시하는 매개 변수, 의미 및 용도를 살펴보겠습니다. IRFP460LC FET에 대한 예제 데이터 시트를 살펴보겠습니다. 이것은 상당히 인기있는 HEXFET 전력 트랜지스터입니다.

HEXFET는 수천 개의 병렬 연결된 육각형 MOSFET 셀이 단일 결정으로 구성되는 이러한 결정 구조를 의미합니다. 이 솔루션을 사용하면 개방 채널 Rds(on)의 저항을 크게 줄이고 큰 전류를 전환할 수 있습니다. 그러나 IR(International Rectifier)에서 IRFP460LC의 데이터 시트에 직접 나열된 매개변수를 검토하는 것으로 이동하겠습니다.

보다 무화과_IRFP460LC

문서의 맨 처음에는 트랜지스터의 개략도가 제공되며 전극의 지정은 G-게이트(게이트), D-드레인(드레인), S-소스(소스) 및 주요 매개변수가 표시되고 고유한 특성이 나열됩니다. 이 경우 이 N채널 FET는 최대 전압 500V용으로 설계되었으며 개방 채널 저항은 0.27옴, 제한 전류는 20A입니다. 감소된 게이트 전하로 인해 이 구성 요소를 높은 스위칭 제어를 위한 낮은 에너지 비용으로 주파수 회로. 아래는 다양한 모드에서 다양한 매개 변수의 최대 허용 값이 있는 표(그림 1)입니다.

무화과. 1

• Id @ Tc = 25 °C; 연속 드레인 전류 Vgs @ 10V — FET 본체 온도 25°C에서 최대 연속 연속 드레인 전류는 20A입니다. 게이트-소스 전압 10V에서.

• ID @ Tc = 100°C; 연속 드레인 전류 Vgs @ 10V — FET 본체 온도 100°C에서 최대 연속 연속 드레인 전류는 12A입니다. 게이트-소스 전압 10V에서.

• Idm @ Tc = 25 °C; 펄스 드레인 전류 — 25°C의 FET 본체 온도에서 최대 펄스, 단기 드레인 전류는 80A입니다. 허용되는 접합 온도에 따라 달라집니다. 그림 11(그림 11)은 관련 관계에 대한 설명을 제공합니다.

• Pd @ Tc = 25°C 전력 손실 - 케이스 온도 25°C에서 트랜지스터 케이스에서 손실되는 최대 전력은 280W입니다.

• Linear Derating Factor — 케이스 온도가 1°C 증가할 때마다 전력 손실이 추가로 2.2와트씩 증가합니다.

• Vgs 게이트-소스 전압 - 최대 게이트-소스 전압은 +30V보다 높거나 -30V 미만이어야 합니다.

• Eas Single Pulse Avalanche Energy — 하수도에서 단일 펄스의 최대 에너지는 960mJ입니다. 그림에 설명이 나와 있습니다. 12 (그림 12).

• Iar Avalanche Current — 최대 차단 전류는 20A입니다.

• 귀 반복 눈사태 에너지 - 하수도에서 반복되는 펄스의 최대 에너지는 28mJ(각 펄스에 대해)를 초과하지 않아야 합니다.

• dv / dt 피크 다이오드 복구 dv / dt - 드레인 전압의 최대 상승률은 3.5V / ns입니다.

• Tj, Tstg 접합 작동 및 보관 온도 범위 — 안전한 온도 범위는 -55°C ~ +150°C입니다.

• 납땜 온도, 10초 동안 — 최대 납땜 온도는 300°C이며 본체에서 최소 1.6mm의 거리에 있습니다.

• 장착 토크, 6-32 또는 M3 나사 - 최대 하우징 장착 토크는 1.1Nm를 초과하지 않아야 합니다.

아래는 온도 저항 표입니다(그림 2.). 이 매개변수는 적합한 라디에이터를 선택할 때 필요합니다.

무화과. 2

• 케이스(크리스탈 케이스)에 대한 Rjc 접합 0.45°C/W.

• Rcs 본체에서 싱크대까지, 평평하고 윤활 처리된 표면 0.24 ° C/W

• Rja Junction-to-Ambient는 방열판 및 주변 조건에 따라 다릅니다.

다음 표에는 다이 온도 25°C에서 FET에 필요한 모든 전기적 특성이 포함되어 있습니다(그림 3 참조).

무화과

• V (br) dss 소스 간 출력 전압 - 항복이 발생하는 소스 간 전압은 500V입니다.

• ΔV (br) dss / ΔTj 항복 전압 온도. 계수 — 온도 계수, 항복 전압, 이 경우 0.59 V/° C.

• Rds (on) 소스와 소스 사이의 정적 저항 - 25 ° C의 온도에서 오픈 채널의 소스와 소스 사이의 저항, 이 경우 0.27 옴입니다. 그것은 온도에 따라 다르지만 나중에 더 자세히 설명합니다.

• Vgs (th) Gres 임계 전압 — 트랜지스터를 켜기 위한 임계 전압. 게이트 소스 전압이 낮으면(이 경우 2 - 4V) 트랜지스터는 닫힌 상태를 유지합니다.

• gfs 순방향 컨덕턴스 — 게이트 전압의 변화에 ​​대한 드레인 전류의 변화 비율과 동일한 전송 특성의 기울기. 이 경우 드레인-소스 전압 50V 및 드레인 전류 20A에서 측정됩니다. Amps/Volts 또는 Siemens 단위로 측정됩니다.

• Idss 소스 간 누설 전류-드레인 전류는 소스 간 전압 및 온도에 따라 달라집니다. 마이크로암페어 단위로 측정됩니다.

• Igss 게이트-소스 순방향 누설 및 게이트-소스 역방향 누설-게이트 누설 전류. 나노암페어 단위로 측정됩니다.

• Qg 총 게이트 전하 — 트랜지스터를 열기 위해 게이트에 보고되어야 하는 전하.

• Qgs Gate-to-Source Charge-gate-to-source 용량 요금.

• Qgd 게이트-드레인(밀러) 전하 대응 게이트-드레인 전하(밀러 커패시턴스)

이 경우, 이러한 파라미터는 400V의 소스 간 전압과 20A의 드레인 전류에서 측정되었습니다. 이러한 측정의 다이어그램과 그래프가 표시됩니다.

• td (on) 켜기 지연 시간 — 트랜지스터를 여는 시간.

• tr Rise Time — 오프닝 펄스의 상승 시간(상승 에지).

• td (꺼짐) 끄기 지연 시간 — 트랜지스터를 닫는 시간.

• tf Fall Time — 펄스 하강 시간(트랜지스터 닫힘, 하강 에지).

이 경우 측정은 공급 전압 250V, 드레인 전류 20A, 게이트 회로 저항 4.3Ω 및 드레인 회로 저항 20Ω에서 수행됩니다. 개략도와 그래프는 그림 10a와 b에 나와 있습니다.

• Ld 내부 드레인 인덕턴스 — 드레인 인덕턴스.

• Ls 내부 소스 인덕턴스 — 소스 인덕턴스.

이 매개변수는 트랜지스터 케이스의 버전에 따라 다릅니다. 이들은 키의 타이밍 매개변수와 직접적으로 관련되기 때문에 드라이버 설계에서 중요하며 고주파 회로 개발에서 특히 중요합니다.

• Ciss 입력 커패시턴스-기존 게이트-소스 및 게이트-드레인 기생 커패시터로 형성된 입력 커패시턴스.

• Coss 출력 커패시턴스는 기존의 소스-소스 및 소스-드레인 기생 커패시터에 의해 형성된 출력 커패시턴스입니다.

• Crss 역방향 전송 커패시턴스 — 게이트-드레인 커패시턴스(밀러 커패시턴스).

이러한 측정은 25V의 소스 간 전압으로 1MHz의 주파수에서 수행되었습니다. 그림 5는 소스 간 전압에 대한 이러한 매개 변수의 종속성을 보여줍니다.

다음 표(그림 4 참조)는 일반적으로 소스와 드레인 사이에 위치한 통합 내부 전계 효과 트랜지스터 다이오드의 특성을 설명합니다.

그림 4

• 연속 소스 전류(바디 다이오드)는 다이오드의 최대 연속 소스 전류입니다.

• Im 펄스 소스 전류(바디 다이오드) - 다이오드를 통과하는 최대 허용 펄스 전류.

• Vsd 다이오드 순방향 전압 — 게이트가 0V일 때 25°C 및 20A 드레인 전류에서 다이오드 양단의 순방향 전압 강하.

• trr 역회복 시간 — 다이오드 역회복 시간.

• Qrr 역 회복 전하 — 다이오드 회복 전하.

• 톤 순방향 켜기 시간 - 다이오드의 켜기 시간은 주로 드레인 및 소스 인덕턴스로 인해 발생합니다.

또한 데이터 시트에는 온도, 전류, 전압 및 이들 사이에 대한 주어진 매개 변수의 의존성에 대한 그래프가 제공됩니다 (그림 5).

그림 5

20μs의 펄스 지속 시간에서 드레인-소스 전압과 게이트-소스 전압에 따라 드레인 전류 제한이 주어집니다. 첫 번째 수치는 25 ° C의 온도에 대한 것이고 두 번째 수치는 150 ° C에 대한 것입니다. 채널 개방의 제어 가능성에 대한 온도의 영향은 분명합니다.

그림 6

그림 6은 이 FET의 전송 특성을 그래픽으로 보여줍니다. 분명히 게이트-소스 전압이 10V에 가까울수록 트랜지스터가 더 잘 켜집니다. 여기에서 온도의 영향도 매우 명확하게 볼 수 있습니다.

그림 7

그림 7은 온도에 대한 20A의 드레인 전류에서 개방 채널 저항의 의존성을 보여줍니다. 분명히 온도가 증가함에 따라 채널 저항도 증가합니다.

그림 8

그림 8은 적용된 소스-소스 전압에 대한 기생 커패시턴스 값의 의존성을 보여줍니다. 소스-드레인 전압이 임계값 20V를 넘은 후에도 정전 용량이 크게 변하지 않는 것을 볼 수 있습니다.

그림 9

그림 9는 드레인 전류의 크기와 온도에 대한 내부 다이오드의 순방향 전압 강하의 의존성을 보여줍니다. 그림 8은 온 시간 길이, 드레인 전류 크기 및 드레인-소스 전압의 함수로서 트랜지스터의 안전한 작동 영역을 보여줍니다.

그림 10

그림 11은 최대 드레인 전류 대 케이스 온도를 보여줍니다.

그림 11

그림 a와 b는 게이트 전압을 증가시키는 과정과 게이트 커패시턴스를 0으로 방전하는 과정에서 트랜지스터 개방의 타이밍 다이어그램을 보여주는 측정 회로와 그래프를 보여줍니다.

무화과. 12

그림 12는 듀티 사이클에 따라 펄스 지속 시간에 대한 트랜지스터(결정체)의 평균 열 특성 의존성을 그래프로 보여줍니다.

그림 13

그림 a와 b는 인덕터가 열릴 때 펄스의 트랜지스터에 대한 파괴 효과의 측정 설정과 그래프를 보여줍니다.

그림 14

그림 14는 차단 전류 값과 온도에 대한 펄스의 최대 허용 에너지의 의존성을 보여줍니다.

그림 15

그림 a와 b는 게이트 전하 측정의 그래프와 다이어그램을 보여줍니다.

무화과. 16

그림 16은 트랜지스터 내부 다이오드의 일반적인 과도 현상에 대한 측정 설정 및 그래프를 보여줍니다.

무화과. 17

마지막 그림은 IRFP460LC 트랜지스터의 경우, 크기, 핀 사이의 거리, 번호 매기기: 1-게이트, 2-드레인, 3-이스트를 보여줍니다.

따라서 데이터 시트를 읽은 후 모든 개발자는 설계되거나 수리된 전력 변환기에 대해 적절한 전력 또는 많지 않은 전계 효과 또는 IGBT 트랜지스터를 선택할 수 있습니다. 용접 인버터, 주파수 작업자 또는 기타 전원 스위칭 변환기.

전계 효과 트랜지스터의 매개 변수를 알면 너무 많이 설치하지 않고도 드라이버를 유능하게 개발하고 컨트롤러를 구성하고 열 계산을 수행하고 적합한 방열판을 선택할 수 있습니다.