Site Loader

Содержание

Параллельная работа силовых полупроводниковых приборов с целью распределения мощной токовой нагрузки IGBT

А теперь возвратимся к разговору о параллельной работе силовых полупроводниковых приборов с целью распределения мощной токовой нагрузки между однотипными маломощными приборами, и выясним, насколько возможно реализовать стремление разработчиков к параллельному включению нескольких IGBT приборов? Можно ли обойтись без токовыравнивающих резисторов в эмиттерных цепях, как это делается в случае применения классических биполярных транзисторов? Ведущие мировые производители силовой элементной базы, в частности, такие как «International Rectifier», «Еирес» и другие, провели независимые подробные исследования режимов работы параллельно-включенных IGBT транзисторов и установили, что IGBT транзисторы более подвержены несимметрии токов при параллельной работе, чем транзисторы MOSFET. Однако в случае выполнения несложных схемотехнических и конструктивных мероприятий на этапе разработки преобразователей параллельно включенные IGBT гораздо лучше симметрируются, чем классические «биполярники», а поэтому их можно включать без токовыравнивающих сопротивлений в эмиттерных цепях.

Транзисторы IGBT одного типа и класса (по сути — с одним наименованием) можно соединять параллельно и без токовыравнивающих резисторов, и это означает, что мы избавляемся от бесполезных потерь мощности на их активном сопротивлении, повышаем КПД схемы. Особенно важно в этом случае создать для всех параллельно-включенных транзисторов одинаковый температурный режим, то есть обеспечить их равномерный (симметричный) прогрев. На рис. 2.1.42 показан результат исследования нагрева параллельно включенных транзисторов. Кривая

Рис. 2.1.42. К исследованию возможности параллельной работы IGBT

(1) отражает поведение абсолютно согласованных по тепловому режиму приборов (случай идеальный, на практике встречающийся редко), кривая (2) — поведение приборов, установленных на общий радиатор конечных размеров, кривая (3) — установленных на разные радиаторы. Хорошо видно, что установка транзисторов на общий радиатор (симметрично, в максимальной близости друг отдруга) создает тепловой режим, близкий к идеальному. Токовая загрузка транзисторов, предполагаемых к параллельной работе, не должна превышать 80…90 % от номинального тока коллектора одиночного прибора. Другими словами, мы должны обеспечить некоторый «токовый запас» на несимметрию распределения токов при параллельной работе.

Второе условие нормальной работе параллельно включенных IGBT приборов — минимально-возможная длина связей между одноименными силовыми и управляющими цепями. Это условие продиктовано тем обстоятельством, что протяженные связи обладают высокой паразитной индуктивностью. При протекании тока индуктивность накапливает энергию, что является причиной опасных выбросов напряжения при резком изменении величины токов (именно в таком режиме коммутации и работают силовые схемы статических преобразователей). В результате названных процессов транзисторы могут быть рассимметрированы по коллекторным токам, причем тем больше, чем выше частота коммутации. Свести к минимуму влияние паразитных индуктивностей позволит конструктивный узел, показанный на рис.

2.1.43.

И, наконец, последняя важная рекомендация относится к цепям управления. Соединять непосредственно затворы параллельно включаемых IGBT приборов нельзя, так как в процессе коммутации может возникнуть «звон» тока в управляющей части транзисторов, который приведет к неконтролируемой коммутации. Источник «звона» — это паразитные эмиттерные индуктивности. Защищаются от «звона» уже

Рис. 2.1.43. Вариант параллельного включения IGBT

знакомым нам по транзисторам MOSFET способом: включением затворных резисторов Rg и развязкой цепей «эмиттер силовой» и «эмиттер управляющий» согласно рис. 2.1.44. О выборе затворных резисторов мы уже говорили выше. Добавим только, что эмиттерные резисторы Rey связывающие схему управления с приборами IGBT, должны иметь небольшое сопротивление — порядка 0,1 Ом. Эти резисторы подключаются непосредственно к эмиттерам транзисторов VT1 и VT2, желательно как можно ближе к месту их входа в корпус приборов. Впрочем, если обеспечена гальваническая развязка между схемой управления и затворами IGBT транзисторов,атакже на корпусах IGBT приборов имеются специальные конструктивные выводы «эмиттер управляющий», резисторы R

e можно не устанавливать.

Теперь необходимо сделать краткий обзор той продукции, которую можно встретить в прайс-листах организаций, торгующих электронными компонентами для силовой преобразовательной техники, в номенклатурных каталогах и просто в магазинах электронных компо-

Рис. 2.1.44. Разводка цепей управления параллельно включенных транзисторов IGBT

нентов. Конечно, этот обзор не сможет вместить все многообразие производимых в мире IGBT транзисторов и модулей на их основе, но, надеемся, он в чем-то поможет читателям, которые собираются заняться разработкой преобразовательной техники на перспективной элементной базе.

Источник: Семенов Б. Ю. Силовая электроника: профессиональные решения. — М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2011. — 416 c.: ил.

Новое. Транзисторы на интернет-аукционе Au.ru

В наличие.

Технические параметры

Transistor Polarity N Channel
Continuous Drain Current Id 82A
Drain Source Voltage Vds 80V
On Resistance Rds(on) 5.8mohm
Rds(on) Test Voltage Vgs 10V
Threshold Voltage Vgs Typ 3V
Power Dissipation Pd 130W
Operating Temperature Min -55°C
Operating Temperature Max 175°C
Transistor Case Style SOT-669
No. of Pins 4
Current Id Max 82A
Operating Temperature Range -55°C to +175°C
Voltage Vgs Max 20V

Многие любители высококачественного звуковоспроизведения оценивают усилитель на полевых MOSFET транзисторах на уровне ламповых и даже выше, мотивируя, что по сравнению с усилителями на биполярных транзисторах они выдают более красивое — «мягкое / ламповое» звучание, создают меньше искажений и устойчивы к долговременной перегрузке. Они превосходят классические ламповые усилители, как по коэффициенту демпфирования, так и по передаче низких и высоких частот. Частота среза таких усилителей (без ООС) значительно выше, чем у каскодного усилителя на биполярных транзисторах, что благоприятно сказывается на искажениях.

Управление выходным током у полевых MOSFET транзисторов осуществляется входным напряжением, благодаря этому быстродействие в режиме коммутации достаточно высокое, так как основных носителей заряда в цепи затвора нет. В результате упрощается общая схема включения, по сравнению с биполярным транзистором.

Ничтожно маленький управляющий ток затвора транзистора способствует установлению высокого входного сопротивление, что даёт возможность применять разделительно — переходной конденсатор очень маленькой и качественной ёмкости, это удешевляет всю конструкцию усилителя и оказывает положительное влияние на качество звукоусиления.

Мощные полевые MOSFET транзисторы имеют меньший разброс основных параметров, чем биполярные транзисторы, что как бы облегчает их параллельное включение и уменьшает общее выходное сопротивление усилителя мощности (без ООС). Но на практике, это не всегда так (см. ниже).

Высокая температурная стабильность, малая мощность управления, слабая подверженность к пробою, самоограничение тока стока, высокое быстродействие в режиме коммутации, малый уровень шума — это основные преимущества полевых MOSFET транзисторов перед вакуумными приборами и биполярными транзисторами.

С практической точки зрения выявляются существенные недостатки MOSFET транзисторов, которые ограничивают их применение в мощных усилительных выходных каскадах

Транзисторы MOSFET от IXYS — самые высоковольтные


Фирма IXYS Corporation начинает производство новых силовых транзисторов MOSFET — самых высоковольных на данный момент. Это N-канальные транзисторы, имеющие допустимое напряжение стока в 4.5 КВ. Вся линейка новых MOSFET состоит из транзисторов с допустимым рабочим током 0.2 — 2 А. Разрабатывались эти приборы для ВЧ преобразователей, которым необходимо очень высокое запирающее напряжение.

Новые транзисторы MOSFET

удобно объединять параллельным включением. Это стало возможно благодаря положительному температурному коэффициенту сопротивления открытого канала. Обычно для объединения использовали последовательное включение, но параллельное проще и дешевле. Благодаря этому упрощается схема, сокращается количество драйверов затворов, сокращается площадь печатной платы и, соответственно, повышается общая надёжность системы. Из базового курса физики известно, что чем выше напряжение в линии, тем эффективнее происходит передача электрической энергии. Поэтому благодаря новым MOSFET транзисторам рабочее напряжение преобразователей энергии максимально приближено к напряжению высоковольтной сети.

Кристалл нового транзистора MOSFЕТ смонтирован на отдельной керамической пластине на медном основании. Медное основание играет роль теплоотвода. Эта технологи называется DCB (Direct Copper Bond). Благодаря этому достигнут недостижимый ранее уровень изоляции — 4.5 КВ. Эта технология обеспечивает низкое тепловое сопротивление и, соответственно, высокую мощность и устойчивость.

Новые силовые транзисторы MOSFET хороши для применения не только в высоковольтных источниках питания и импульсных схемах. Они с успехом могут применяться в питании рентгеновских трубок и блоках накачки лазеров, высоковольтном автоматизированном измерительном оборудовании, системах отвода эрергии от высоковольных цепей и просто в разрядных цепях конденсаторов.

Выпускаются новые MOSFET в высоковольтных версиях стандартных корпусов TO-263, TO-268, ISOPLUS i4-Pak и ISOPLUS i5-Pak.


MOSFET ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА

MOSFET — это аббревиатура от английского словосочетания Metal-Ox-ide-Semiconductor Field Effect Transistor (Металл-Оксидные Полупроводниковые Полевые Транзисторы).
Данный класс транзисторов отличается, прежде всего, минимальной мощностью управления при значительной выходной (сотни ватт). Также необходимо отметить чрезвычайно малые значения сопротивления в открытом состоянии (десятые доли ома при выходном токе в десятки ампер) а, следовательно, минимальную мощность, выделяющуюся на транзисторе в виде тепла.

Обозначается этот тип транзисторов следующим образом:


N-канальный

P-канальный
, где G — затвор
D — сток
S — исток
Также для сокращения числа внешних компонентов, в транзистор может быть встроен мощный высокочастотный демпферный диод.

К неоспоримым преимуществам MOSFET перед биполярными можно отнести также следующие пункты:

  • Минимальная мощность управления и большой коэффициент усиления по току, обеспечивает простоту схем управления (есть даже разновидность MOSFET управляемая логическими уровнями)
  • Большая скорость переключения (при этом минимальны задержки выключения, обеспечивается широкая область безопасной работы)
  • Возможность простого параллельного включения транзисторов для увеличения выходной мощности
  • Устойчивость транзисторов к большим импульсам напряжения (dv/dt)
Данные приборы находят широкое применение в устройствах управления мощной нагрузкой, импульсных источниках питания (здесь область их применения несколько ограничена максимальным напряжением сток-исток (до 1000 В), для более высоковольтных приложений используются IGBT транзисторы, информацию по ним Вы можете найти в подразделе ).

Основные параметры MOSFET-транзисторов:

Ucи.макс. — Максимальное напряжение сток-исток
Ic.макс. — Максимальный продолжительный ток стока при температуре кристалла 25 °С, при повышении температуры до 100 °С этот ток падает на ~ 30%, при работе в импульсном режиме — повышается в ~2-4 раза в зависимости от модели и длительности импульса
Pс.макс. — Максимальная рассеиваемая стоком мощность при температуре кристалла 25 °С, при повышении температуры до 100 °С значение мощности линейно падает в ~2…2,5 раза
Rсиотк. — Максимальное значение статического сопротивления сток-исток в открытом состоянии

Наименование Тип канала Uси макс., В Iс макс., А Pс макс. , Вт Rсиотк., Ом
В корпусе SOT-223
IRFL014 N 60 2,7 2 0,2
IRFL014N N 55 1,9 2,1 0,16
IRFL024N N 55 2,8 2,1 0,075
IRFL110 N 100 1,5 2 0,54
IRFL210 N 200 0,96 2 1,5
IRFL4105 N 55 3,7 2,1 0,045
IRFL4310 N 100 1,6 2,1 0,2
IRFL9014 P 60 1,8 2 0,5
IRFL9110 P 100 1,1 2 1,2
SPN04N60C2 N 600 0,4 1,8 0,95
В корпусе D2PAK
IRF530NS N 100 14 75 0,16
IRF540NS N 100 33 130 0,052
IRF630NS N 200 9,3 82 0,3
IRF640NS N 200 18 125 0,15
IRF740S N 400 10 125 0,55
IRF840S N 500 8 125 0,85
IRFZ44NS N 55 49 110 0,022
IRF1310NS N 100 42 160 0,036
IRF1404S N 40 162 200 0,004
IRF3205S N 55 110 200 0,008
IRF3710S N 100 57 200 0,025
IRF4905S P 55 74 200 0,02
IRF5210S P 100 40 200 0,06
IRF5305S P 55 31 110 0,06
IRF9Z34NS P 55 19 68 0,1
MTD20N06HD N 60 20 40 0,045
В корпусе SO8
IRF7103 N+N 50 3 2 0,13
IRF7104 P+P 20 2,3 2 0,25
IRF7105 N+(P) 25 3,5(2,3) 2 0,109(0,25)
IRF7201 N 30 7 2,5 0,03
IRF7204 P 20 5,3 2,5 0,06
IRF7205 P 30 4,6 2,5 0,07
IRF7207 P 20 5,4 2,5 0,06
IRF7210 P 12 16 2,5 0,007
IRF7220 P 14 11 2,5 0,012
IRF7301 N+N 20 5,2 2 0,05
IRF7303 N+N 30 4,9 2 0,05
IRF7304 P+P 20 4,3 2 0,09
IRF7306 P+P 30 3,6 2 0,1
IRF7307 N+(P) 20 4,3(3,6) 1,4 0,05(0,09)
IRF7309 N+(P) 30 4,9(3,6) 2 0,05(0,1)
IRF7311 N+N 20 6,6 2 0,029
IRF7313 N+N 30 6,5 2 0,029
IRF7314 P+P 20 5,3 2 0,058
IRF7316 P+P 30 4,9 2 0,058
IRF7319 N+(P) 30 6,5(4,9) 2 0,029(0,058)
IRF7341 N+N 55 4,7 2 0,05
IRF7342 P+P 55 3,4 2 0,105
IRF7343 N+(P) 55 4,7(3,4) 2 0,05(0,105)
IRF7389 N+(P) 30 7,3(5,3) 2,5 0,029(0,058)
IRF7401 N 20 8,7 2,5 0,022
IRF7403 N 30 8,5 2,5 0,022
IRF7404 P 20 6,7 2,5 0,04
IRF7406 P 30 5,8 2,5 0,045
IRF7413 N 30 13 2,5 0,011
IRF7416 P 30 10 2,5 0,02
IRF7450 N 200 2,5 2,5 0,17
IRF7455 N 30 15 2,5 0,0075
IRF7468 N 40 9,4 2,5 0,0155
В корпусе TO-252AA
IRFR024N N 55 17 45 0,075
IRFR120N N 100 7,7 42 0,27
IRFR310 N 400 1,7 25 3,6
IRFR320 N 400 3,1 42 1,8
IRFR3303 N 30 33 57 0,031
IRFR3910 N 100 15 52 0,11
IRFR4105 N 55 27 68 0,045
IRFR420 N 500 2,4 42 3
IRFR5305 N 55 28 89 0,065
IRFR9010 P 100 3,1 25 1,2
IRFR9024 P 60 8,8 42 0,88
IRFR9024N P 55 11 38 0,175
IRFR9110 P 100 3,1 25 1,2
IRFR9120N P 100 6,5 39 0,48
IRFR9220 P 200 3,6 42 1,5
IRFRC20 N 600 2 42 4,4

С управлением логическим уровнем

Наименование Тип канала Uси макс. , В Iс макс., А Pс макс., Вт Rсиотк., Ом
В корпусе SOT-23
2N7002LT1 N 60 0,3 0,83 5
IRLML2803 N 30 1,2 0,54 0,25
IRLML5103 P 30 0,76 0,54 0,6
IRLML6302 P 20 0,78 0,54 0,6
BSS83 P 60 0,33 0,36 2
BSS84 P 50 0,13 0,36 8
BSS123 N 100 0,17 0,36 6
BSS131 N 240 0,1 0,36 16
BSS138 N 50 0,22 0,36 3,5
BSS139 N 250 0,04 0,36 <100
В корпусе SOT-223
IRLL014 N 55 2 2,1 0,14
IRLL024N N 55 3,1 2,1 0,065
IRLL110 N 100 1,5 2,1 0,54
IRLL2705 N 55 3,8 2,1 0,04
В корпусе D2PAK
IRL630S N 200 9 74 0,4
IRL640S N 200 17 125 0,18
IRL2505S N 55 104 200 0,008
В корпусе TO-252AA
IRLR024N N 55 17 38 0,65
IRLR110 N 100 4,3 25 0,54
IRLR120N N 100 11 39 0,125
IRLR2705 N 55 24 46 0,04
IRLR2905 N 55 42 110 0,027
IRLR3103 N 30 46 69 0,019
IRLR3410 N 100 17 79 0,105
IRLR3715 N 20 54 71 0,014
MTD20N06HDL N 60 20 40 0,045
  • Наименование

    К продаже

    Цена от

К продаже:

318 шт.

К продаже:

1 882 шт.

К продаже:

37 шт.

К продаже:

9 шт.

К продаже:

1 шт.

К продаже:

33 шт.

К продаже:

393 шт.

К продаже:

5 458 шт.

К продаже:

70 шт.

К продаже:

5 113 шт.

К продаже:

4 шт.

К продаже:

4 149 шт.

К продаже:

7 шт.

К продаже:

13 шт.

К продаже:

4 651 шт.

К продаже:

236 шт.

К продаже:

37 шт.

К продаже:

2 447 шт.

К продаже:

112 шт.

К продаже:

373 шт.

К продаже:

110 шт.

К продаже:

50 шт.

К продаже:

9 шт.

К продаже:

162 шт.

К продаже:

4 563 шт.

К продаже:

6 162 шт.

К продаже:

24 127 шт.

К продаже:

18 553 шт.

К продаже:

12 423 шт.

К продаже:

22 шт.

К продаже:

59 шт.

К продаже:

1 шт.

К продаже:

1 шт.

К продаже:

4 шт.

К продаже:

14 848 шт.

К продаже:

36 167 шт.

К продаже:

3 000 шт.

К продаже:

62 шт.

К продаже:

11 436 шт.

К продаже:

6 шт.

К продаже:

7 996 шт.

К продаже:

537 шт.

К продаже:

276 шт.

К продаже:

1 528 шт.

К продаже:

400 шт.

Цена от:

1 245,70₽

К продаже:

95 шт.

К продаже:

298 шт.

К продаже:

86 шт.

К продаже:

180 шт.

К продаже:

18 242 шт.

К продаже:

4 968 шт.

К продаже:

4 300 шт.

К продаже:

3 197 шт.

К продаже:

8 869 шт.

К продаже:

4 095 шт.

К продаже:

1 364 шт.

К продаже:

268 шт.

К продаже:

7 133 шт.

К продаже:

22 460 шт.

К продаже:

5 947 шт.

К продаже:

28 шт.

К продаже:

4 428 шт.

К продаже:

2 207 шт.

К продаже:

2 950 шт.

К продаже:

879 шт.

К продаже:

4 812 шт.

К продаже:

1 650 шт.

К продаже:

85 шт.

К продаже:

16 шт.

К продаже:

670 шт.

К продаже:

3 859 шт.

К продаже:

9 100 шт.

К продаже:

1 600 шт.

К продаже:

3 384 шт.

К продаже:

5 767 шт.

К продаже:

804 шт.

К продаже:

5 027 шт.

К продаже:

1 648 шт.

К продаже:

7 638 шт.

К продаже:

1 856 шт.

К продаже:

5 571 шт.

К продаже:

6 001 шт.

К продаже:

6 135 шт.

К продаже:

7 073 шт.

К продаже:

251 шт.

Мосфеты irf. Мосфет — что это такое? Конструктивно-технологические особенности

Без всякого преувеличения можно сказать, что появившиеся не слишком давно транзисторы типа MOSFET и IGBT, составляют сегодня основу силовой преобразовательной техники. Более того, без использования этих типов транзисторов немыслима разработка сколько-нибудь надежного статического преобразователя, отвечающего современным требованиям. Поэтому данную главу, посвященную основной элементной базе силовой электроники, мы начнем с рассказа именно об этих электронных элементах.

Полевые транзисторы появились в силовой схемотехнике значительно позже своих старших собратьев — биполярных транзисторов. Тем не менее, сегодня они стремительно оттесняют «биполярники» на второй план, обоснованно стремясь занять лидирующее положение в классах силовой преобразовательной техники, работающих с напряжения мидо 300 В. Чем принципиально транзистор MOSFET отличается от биполярного транзистора? Полевой транзистор по принципу управления — не токовый, а потенциальный прибор. Для того, чтобы перевести полевой транзистор из открытого состояния в закрытое и наоборот, нужно приложить к затвору (относительно истока) определенное напряжение. При этом ток в цепи затвора протекает только в моменты коммутации, то есть очень незначительный промежуток времени: для поддержания открытого состояния этому транзистору ток не нужен — управление осуществляется электрическим полем.

Транзисторы типа MOSFET по сравнению с биполярными транзисторами имеют множество неоспоримых преимуществ, среди которых основными являются следующие:

Поскольку MOSFET управляется не током, а электрическим полем, это обстоятельство позволяет значительно упростить схему управления и снизить затрачиваемую на управление мощность;

В полевых транзисторах отсутствует так называемая инжекция неосновных носителей в базовую область, поэтому они могут переключаться с гораздо более высокой скоростью;

Поскольку полевые транзисторы термоустойчивы, то есть с ростом температуры увеличивается сопротивление их канала, это позволяет реализовывать параллельное соединение MOSFET для увеличения нагрузочной способности;

В полевых транзисторах отсутствует вторичный пробой, поэтому область их безопасной работы шире, чем у биполярных транзисторов.

Впрочем, и у транзисторов MOSFET имеются некоторые недостатки. Вкратце назовем их:

В открытом состоянии канал транзистора MOSFET представляет собой активное сопротивление (Л Лоп), которое невелико только у транзисторов с допустимым напряжением «сток-исток» (U dsmatx) не более 250…300 В, а далее, с повышением этого допустимого напряжения, наблюдается его значительный рост, что заставляет соединять приборы параллельно, ограничивать ток, приходящийся на один транзистор, то есть «недогружать» прибор;

Некоторые разработчики ошибочно считают этот диод специально встраиваемым защитным элементом, называя его быстродействующим диодом Шоттки. Действительно, графическое начертание уж

В справочной документации по полевым транзисторам MOSFET в символическом обозначении транзистора часто встречается символ диода, включенного параллельно цепи «сток-исток», как показано на рис. 2.1.1.


На рисунке эти емкости условно показаны постоянными, но в реальном приборе каждая емкость состоит из нескольких более мелких, с разным характером поведения. Кроме того, величина этих емкостей сильно зависит от напряжения между их «обкладками»: она велика при малом напряжении «сток-исток», и быстро уменьшается с его ростом. На рис. 2.4.1 показан характер изменения межэлектродных емкостей с ростом напряжения «сток-исток» для маломощного тран-


Рис. 2.1.4. Зависимость величины межэлектродных емкостей от величины напряжения «сток-исток»: а — для IRF740; б — для FB180SA10

зистора типа IRF740, а на рис. 2.1.4, б — для мощного транзистора типа FB180SAi0.

Чтобы гарантированно открыть транзистор, необходимо зарядить его входную емкостьдо напряжения 12… 15 В. Сделать этот процесс достаточно быстрым — задача непростая, поскольку быстрому заряду емкости будет мешать так называемый эффект Миллера. Производители транзисторов затрачивают на борьбу с влиянием эффекта Миллера достаточно много интеллектуальных сил и финансовых средств, так как чем сильнее этот эффект будет подавлен, тем выше окажется скорость переключения транзистора. = 35 пФ, C gd =6 пФ, S= 250 мА/В, R H = 200 Ом. Тогда величина емкости С их, рассчитанная с учетом формул (2.1.1) и (2.1.2), составит 341 пФ. Другими словами, эффект Миллера способен свести к нулевым очевидные преимущества скорости переключения полевых транзисторов. Но, к счастью, сегодня этот эффект значительно минимизирован в серийно выпускаемых транзисторах и не вызывает серьезных опасений.

А теперь поговорим о режиме переключения силовых приборов как об основном режиме их работы в составе преобразовательной техники. Учитывая это, нам просто необходимо рассмотреть специфику процессов, происходящих в транзисторах MOSFET при их работе в силовых схемах.

На рис. 2.1.6 показан типовой полевой транзистор, работающий в ключевом режиме.

Рис. 2.1.6. К расчету времени переключения транзистора MOSFET

Напряжение U g , прикладываемое к затвору транзистора VT от импульсного генератора, имеет вид, изображенный на рис. 2.1.7, а. В цепь затвора включен резистор с небольшим сопротивлением R g , который мы в дальнейшем будем называть затворным резистором. При подаче прямоугольного импульса от источника U g сначала происходит заряд емкости C gc (участок «1» на рис. 2.1.7, б). Но транзистор в это время закрыт — он начнет открываться только при достижении напряжения U gc некоторого значения, называемого пороговым напряжением (что видно из рис. 2.1.7, в. Величина порогового напряжения в справочной документации обозначается как U gs (thy Типичное значение порогового напряжения для полевых транзисторов составляет


Рис. 2.1.7. Временные диаграммы коммутационных процессов в транзисторах

Легко заметить, что имеет место временная задержка включения транзистора. Время, затрачиваемое на этот процесс, носит название времени задержки включения (turn-on delay time) и обозначается в технической документации как t dion) .

При достижении U gs порогового уровня «срабатывает» эффект Миллера, входная емкость резко увеличивается, что иллюстрируется участком «2» на рис. 2.1.7, 6, а значит, скорость открытия транзистора замедляется. до порогового уровня, занимающее время t d (o (r) . Это время носит название времени задержки выключения (turn-off delay time). На участке «6» снова вступает в действие эффект Миллера, замедляющий процесс выключения, и напряжение «сток-исток» становится равным U n . Время, затрачиваемое на этот процесс, называется временем спада (fall time) и обозначается как t f .

Иногда в технической документации, особенно в отечественной, не приводятся отдельно время задержки включения, время нарастания, время спада и время задержки выключения, а даются суммарные параметры. Например, время включения t UKJl и время выключения / вык. В табл. 2.1.1 приводятся для сравнения временные параметры для некоторых распространенных типов транзисторов MOSFET.

Таблица 2. LI. Временные параметры некоторых транзисторов MOSFET


Итак, в результате процесса включения импульс тока стока задерживается относительно импульса управления на время / вкл, а выключение

транзистора растягивается на время / вык. Время коммутации напрямую связано с величиной тепловых потерь на полупроводниковом приборе: чем быстрее мы сможем переключать транзистор, тем меньше будет тепловых потерь на нем, тем лучшие показатели КПД схемы мы получим и тем меньшие габариты охлаждающих конструкций следует ожидать.

Заряд затвора определяется из следующей формулы:

где i g (t) — функция тока затвора.

Какой физический смысл выражения (2.1.3)? Интегрирование, как обычно, приводит к необходимости суммировать произведения тока затвора на протяжении коротких промежутков времени, в течение которых ток можно условно считать постоянным. В результате мы получаем так называемое «количество электричества», которое надо передать входной емкости транзистора, чтобы открыть (или закрыть) его. Мы можем сделать это быстро, тогда нам необходимо обеспечить большой зарядный ток, либо затянуть время открытия за счет уменьшения зарядного тока.

Зная величину заряда затвора (которую приличные фирмы-производители указывают в технической документации), легко вычислить время включения (выключения) транзистора MOSFET. Эти величины определяются так:

Но как определить величину заряда затвора для транзистора конкретного типа? Естественно, из технической документации, в которой обычно приводится значение, называемое «общим зарядом затвора» (total gate charge). Кроме этого, производители приводят также кривую заряда затвора (рис. 2.1.8).


Рис. 2.1.8. Типичные кривые заряда затвора транзисторов MOSFET: а — IRFP250; б IRL3103D1; в FBI80SA10

Рис. 2.1.9. Сравнительные характеристики заряда RC-цепочки и входной емкости затвора MOSFET

На рисунке 2.1.9 показаны характеристики, отражающие изменение тока затвора i g в процессе коммутации транзистора и сравнительное изменение тока заряда стандартной интегрирующей RC-цепочки.

В реальных схемах силовой преобразовательной техники затворами транзисторов управляют специальные устройства, называемые драйверами. Мы будем говорить о рекомендуемых для применения в составе силовой преобразовательной техники драйверах чуть позже, а сейчас обратим внимание читателя на то обстоятельство, что при разработке схемы управления транзисторами всегда важно определить мощность, которую нужно израсходовать на управление транзистором. Используя значение величины заряда затвора, нетрудно рассчитать среднюю величину мощности драйвера:

где / — частота коммутации.

Как показывает практика, обычно эта мощность составляет сотые доли процента от мощности силовой части схемы (при условии использования транзисторов MOSFET или IGBT, рассказ о которых — впереди).

Разработчику силовой преобразовательной техники очень часто приходится сталкиваться с так называемыми аварийными режимами работы, когда возникает короткое замыкание или нарушается электрический контакт (происходит разрыв цепи). В аварийных режимах, как правило, наблюдается резкое и неконтролируемое изменение токов и напряжений, в результате чего прибор может просто выйти из строя. Поэтому очень важно спроектировать узел управления преобразователем так, чтобы силовые элементы (которые, как правило, являются дорогостоящими изделиями) не были подвержены опасности выхода из строя в аварийном режиме. К одной из таких предпосылок потенциально-аварийных режимов можно отнести выбор слишком большого сопротивления затворного резистора.=50 В, что составляет значительно более высокую величину по сравнению с безопасной зоной порогового напряжения, и, мало того, выше предельно-безопасного уровня напряжения на затворе. Следовательно, транзистор может, во-первых, самостоятельно открыться наведенным напряжением в тот момент, когда мы даже и не пытались подавать на него открывающий импульс управления, а во-вторых, он может просто выйти из строя из-за пробоя затвора высоким напряжением.

Полевой или FET (field-effect transistor) транзистор . Аналогичен биполярным транзисторам (BJT ). Транзисторы FET переключаются по напряжению, а не по току. Ниже приведена табличка обозначения электродов данных транзисторов, похожих по принципу работы.

К основным типам полевых транзисторов относятся:

— MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)

— JFET (Junction Field-Effect Transistor)

— MESFET

— HEMT

— MODFET

Наиболее распространенными являются MOSFET и JFET

Транзистор с полевым эффектом представляет собой трехполюсное однополярное полупроводниковое устройство, которое имеет очень схожие характеристики с биполярными , т.е. высокую эффективность, мгновенную работу, надежность и дешевизну и может использоваться в большинстве применений электронных схем для замены эквивалентных биполярных транзисторов (BJT). Полевые транзисторы могут быть сделаны намного меньше, чем эквивалентный BJT-транзистор, а их низкое энергопотребление и рассеиваемая мощность делают их идеальными для использования в интегральных схемах, таких как CMOS-диапазон цифровых логических микросхем. Два основных типа конструкции биполярного транзистора, NPN и PNP , которые в основном описывают физическое расположение полупроводниковых материалов типа P и N-типа, из которых они изготовлены. Это относится и к полевым транзисторам, так как есть также две основные классификации полевого транзистора, называемого полевым транзистором N- канала и полевым транзистором Р-канала. Полевой сконструирован без PN-переходов в пределах основного пути прохождения тока между стоком и истоковыми оконечными устройствами, которые соответствуют функционально коллектору и эмиттеру биполярного транзистора. Путь тока между этими двумя выводами называется «каналом», который может быть выполнен из полупроводникового материала типа «P» или «N». Управление током, протекающим по этому каналу, достигается путем изменения напряжения, приложенного к затвору. Транзистор с полевым эффектом, является «однополярным» устройством, которое зависит только от проводимости электронов (N-канал) или дырок (P-канал). И меет одно главное преимущество перед BJT, так как их входной импеданс (Rin) очень высок (в тысячах Ом), в то время как у BJT сравнительно низок. Этот очень высокий входной импеданс делает их очень чувствительными к сигналам входного напряжения, но цена этой высокой чувствительности также означает, что они могут быть легко повреждены статическим электричеством.

Типичный полевик

Транзистор с полевым эффектом перехода (JFET)

Существует два основных типа полевого транзистора, полевого транзистора с полем перехода или JFET и транзистор с изолированным затвором IGFET , который более широко известен как MOSFET .

Биполярный транзистор соединен с использованием двух PN-переходов в основном канале переноса тока между эмиттером и коллектором. Транзистор с эффектом перехода (JUGFET или JFET) не имеет PN-переходов, но вместо этого имеет узкий кусок полупроводникового материала с высоким удельным сопротивлением, образующий «Канал» либо из кремния типа N, либо из кремния Р-типа, для того чтобы основные носители могли протекать через два омических соединения на обоих концах, которые обычно называются Drain и Source соответственно. Существуют две базовые конфигурации полевого транзистора с полем перехода, N-канальный JFET и P-канал JFET. Канал N-канального JFET легирован донорными примесями, что означает, что течение тока через канал отрицательно (отсюда термин N-канал) в виде электронов. Аналогично, канал Р-канала JFET легирован акцепторными примесями, что означает, что поток тока через канал положителен (отсюда и термин Р-канал) в форме дырок. N-канальные JFET имеют большую проводимость канала (меньшее сопротивление), чем их эквивалентные типы Р-каналов, поскольку электроны обладают большей подвижностью через проводник по сравнению с дырками. Это делает N-канальный JFET более эффективным проводником по сравнению с их аналогами P-каналов. Мы уже говорили ранее, что есть два электрода на обоих концах канала, называются сток и исток. Но внутри этого канала имеется третье электрическое соединение, которое называется затвор, материал типа P или N, образующий PN-переход с основным каналом.

Базовая конструкция для обеих конфигураций JFET.

Полупроводниковый «канал» представляет собой резистивный путь, через который напряжение V DS вызывает ток I D , и, таким образом, транзистор с эффектом переходного поля может проводить ток одинаково хорошо в любом направлении. Поскольку канал является резистивным по природе, градиент напряжения, таким образом, формируется по всей длине канала, причем это напряжение становится менее положительным, когда мы идем от клеммы Drain к клемме Source. В результате PN-соединение имеет высокое обратное смещение на клемме Drain и более низкое обратное смещение на клемме Source. Это смещение вызывает формирование «обедненного слоя» в канале и ширина которого увеличивается при смещении. Величина тока, протекающего по каналу между клеммой стоком и истоком, контролируется напряжением, подаваемым на вывод затвор, который является обратным смещением. В N-канальном JFET это напряжение затвора отрицательное, в то время как для JFET P-канала напряжение затвора положительное. Основное различие между JFET и BJT заключается в том, что когда соединение JFET обратно смещается, ток затвора практически равен нулю, тогда как базовый ток BJT всегда имеет некоторое значение, большее нуля.

Характеристические кривые выходного напряжения типичного транзистора FET.

Напряжение V GS, подаваемое на Gate, контролирует ток, протекающий между Drain и источниками. V GS относится к напряжению, приложенному между Gate и Source, в то время как V DS относится к напряжению, приложенному между Drain и Source.

Так как транзистор с эффектом «переходного поля» является устройством с управлением напряжением, «ток протекает в затвор» , то ток источника ( I S ), вытекающий из устройства, равен току стока, втекающему в него, и поэтому (I D = I S ) ,

Пример кривых характеристик, показанный выше, показывает четыре различные области работы JFET, и они приведены как:

  • Омическая область — Когда V GS = 0 истощающий слой канала очень мал и JFET действует как резистор, управляемый напряжением.
  • Область отсечки — это также известно как область пинч-офф — это напряжение затвора, V GS достаточно, чтобы заставить JFET действовать как разомкнутая цепь, поскольку сопротивление канала находится на максимуме.
  • Насыщенность или активная область — JFET становится хорошим проводником и управляется напряжением Gate — Source ( V GS ), в то время как напряжение источника стока (V DS ) оказывает незначительное влияние или не оказывает никакого эффекта.
  • Область пробоя — Напряжение между Drain и Source ( V DS ) достаточно высоко, чтобы вызвать разрушение резистивного канала JFET и прохождение неконтролируемого максимального тока.

Кривые характеристик для транзистора с полевым транзистором с P-каналом являются такими же, как и выше, за исключением того, что ток стока I D уменьшается с увеличением положительного напряжения на входе-выводе V GS .

Ток стока равен нулю, когда V GS = V P. Для нормальной работы V GS смещен, чтобы быть где-то между V P и 0. Тогда мы можем рассчитать ток стока, I D для любой заданной точки смещения в насыщающей или активной области следующим образом:

Режимы полевых транзисторов

Как и биполярный транзистор, полевой транзистор, являющийся трехконтактным устройством, может иметь три различных режима работы и, следовательно, может быть подключен в схеме в одной из следующих конфигураций.

Конфигурация с общим истоком (CS)

В конфигурации Common Source (аналогично общему эмиттеру), вход применяется к Gate, и его выход берется из Drain, как показано. Это наиболее распространенный режим работы полевого транзистора благодаря его высокому входному импедансу и хорошему усилению напряжения, и поэтому широко используются широко распространенные усилители с общим источником. Режим общего источника соединения FET обычно используется усилителями звуковой частоты, а также с высоким входным импедансом предусилителей и каскадов. Будучи усилительной схемой, выходной сигнал 180 ° «находится в фазе» с входом.

Конфигурация общий затвор (CG)

В конфигурации Common Gate (по аналогии с общей базой) вход применяется к источнику, и его выход берется из Drain с Gate, подключенным непосредственно к земле (0v), как показано. В этой конфигурации потеря сигнала высокой входной импеданс предыдущего соединения теряется, так как общий затвор имеет низкий входной импеданс, но высокий выходной импеданс. Этот тип конфигурации полевого транзистора может быть использован в высокочастотных цепях или в схемах согласования импеданса, поскольку низкий входной импеданс должен соответствовать высокому выходному импедансу. Выход «синфазный» с входом.

Конфигурация общего стока (CD)

В конфигурации Common Drain (аналогично общему коллектору) вход применяется к Gate, и его выход берется из Source. Конфигурация общего стока или «источник-последователь» имеет высокий входной импеданс, низкий выходной импеданс и почти единичное усиление напряжения, поэтому используется в буферных усилителях. Коэффициент усиления напряжения источника повторителя конфигурации меньше единицы, а выходной сигнал является «синфазным», 0 o с входным сигналом. Этот тип конфигурации называется «Common Drain», потому что на дренажном соединении нет сигнала, имеющееся напряжение + V DD просто обеспечивает смещение. Вывод синфазен со входом.

Усилитель JFET

Как и биполярный транзистор, JFET можно использовать для создания однокаскадных усилительных схем класса A с общим усилителем JFET и характеристиками, очень похожими на схему с общим эмиттером BJT. Основным преимуществом усилителей JFET перед усилителями BJT является их высокое входное сопротивление, которое контролируется резистивной сетью смещения затвора, сформированной R1 и R2, как показано.

Смещение на усилителе JFET

Эта схема усилителя общего источника (CS) смещается в режиме класса «A» с помощью сети делителя напряжения, образованной резисторами R1 и R2 . Напряжение на истоковом резисторе R S обычно устанавливается равным примерно четвертью V DD , (V DD / 4), но может быть любым разумным значением. Требуемое напряжение затвора может быть затем вычислено по этому значению R S. Так как ток затвора равен нулю, (I G = 0), мы можем установить требуемое напряжение покоя постоянного тока путем правильного выбора резисторов R1 и R2 . Управление током стока при отрицательном потенциале затвора делает транзистор с эффектом переходного поля полезным в качестве переключателя, и важно, чтобы напряжение затвора никогда не было положительным для N-канального JFET, поскольку ток канала будет протекать к Gate, а не в сток, приводящий к повреждению JFET. Принципы работы для J-канала P-канала такие же, как для N-канального JFET, за исключением того, что полярность напряжений должна быть изменена на противоположную.

В этой статье будет рассказано о таком элементе, как какими свойствами обладает, для чего используется в современной электронике, будет рассказано ниже. Вы можете встретить два типа силовых транзисторов — MOSFET и IGBT. Они применяются в импульсных преобразователях высокой мощности — инверторах, блоках питания. Стоит рассмотреть все особенности этих элементов.

Основные сведения

Нужно отметить, что IGBT и способны выдать очень большую мощность в нагрузку. При всем при этом устройство окажется очень маленьким по габаритам. Коэффициент полезного действия превышает у транзисторов значения в 95%. У мосфет и IGBT имеется одна общая черта — у них следствие этого — похожие параметры управления. Температурный коэффициент отрицательный у этих устройств, что позволяет делать такие транзисторы, которые будут устойчивы к воздействию короткого замыкания. На сегодняшний день мосфеты с нормированным значением времени перегрузки производятся почти всеми фирмами.

Драйверы для управления

Так как нет тока в цепи управления, в статическом режиме можно не использовать стандартные схемы. Разумнее применить специальный драйвер — интегральную схему. Многие фирмы выпускают устройства, которые позволяют управлять одиночными силовыми транзисторами, а также мостами и полумостами (трехфазными и двухфазными). Они могут выполнить различные вспомогательные функции — защитить от токовой перегрузки или КЗ, а также от большого падения напряжения в цепи управления мосфет. Что это за цепь, будет рассказано более детально ниже. Стоит заметить, что падение напряжения в цепи управления силовым транзистором — это очень опасное явление. Мощные мосфеты могут перейти в другой режим работы (линейный), вследствие чего выйдут из строя. Кристалл перегревается и транзистор сгорает.

Режим КЗ


Главная вспомогательная функция драйвера — это защита от токовых перегрузок. Необходимо внимательно посмотреть на работу силового транзистора в одном из режимов — короткого замыкания. Перегрузка по току может возникнуть по любой причине, но наиболее частые — замыкание в нагрузке либо же на корпус. Поэтому следует правильно осуществить управление мосфетами.

Перегрузка происходит из-за определенных особенностей схемы. Возможен переходный процесс либо возникновение тока обратного восстановления полупроводникового диода одного из плеч транзистора. Устранение таких перегрузок происходит схемотехническим методом. Используются цепи формирования траектории (снабберы), осуществляется подбор резистора в затворе, изолируется цепь управления от шины высокого тока и напряжения.

Как включается транзистор при КЗ в нагрузке

Ложные срабатывания


После того как переходный процесс завершится, к силовому транзистору будет приложено напряжение питания полностью. А это приведет к тому, что большая мощность будет рассеиваться в полупроводниковом кристалле. Отсюда можно сделать вывод о том, что режим короткого замыкания обязательно необходимо прерывать спустя определенный промежуток времени. Его должно хватить, чтобы исключить ложное срабатывание. Как правило, значение времени лежит в интервале 1…10 мкс. Характеристики транзистора должны быть такими, чтобы он без труда выдерживал эту перегрузку.

КЗ нагрузки при включенном транзисторе

Ток на коллекторе увеличивается, причем он может значительно превышать установившееся значение. Именно для этого режима предусмотрено не только то, что отключается канальный мосфет, но и заложена возможность ограничения напряжения.

От напряжения, приложенного к затвору транзистора, зависит напрямую установившийся ток короткого замыкания. Но при снижении напряжения на затворе полупроводникового элемента происходит довольно интересная картина. Напряжение насыщения увеличивается и, как следствие, увеличиваются потери проводимости. Устойчивость транзистора к короткому замыканию тесным образом связана с крутизной его характеристик.

Ток КЗ и коэффициент усиления


Чем выше КУ у мосфетов по току, тем ниже напряжение насыщения. Также они способны выдерживать перегрузки небольшое время. С другой же стороны, полупроводники, которые более устойчивы к воздействию короткого замыкания, обладают очень высоким напряжением насыщения. Потери у них тоже очень существенные.

Большее максимально допустимое значение тока короткого замыкания имеет пионер мосфет, нежели простой биполярный транзистор. Как правило, он в десять раз превышает номинальное значение тока (при условии, что на затворе допустимое напряжение). Большая часть производителей (европейских и азиатских) выпускает транзисторы, которые выдерживают такие нагрузки, причем не повреждаются.

Драйвер защиты от перегрузки верхнего плеча

Существуют различные методы отключения элементов при перегрузке. При помощи драйверов различных производителей можно реализовывать любые защитные функции, причем максимально эффективно. Если возникла перегрузка, необходимо снизить напряжение затвора. В этом случае распознавание аварийного режима увеличивается по времени.

Благодаря этому получается исключить ложные срабатывания схемы защиты. Вот как проверить мосфет: попробуйте изменить значение емкости конденсатора. Если изменится время реакции на КЗ, то вся схема работает правильно. В схеме используется несколько элементов, у которых определенные обязанности. Например, подключенный к выводу драйвера, “ERR”-конденсатор позволяет определить время анализа перегрузок.

Аварийный режим работы


На этот временной промежуток производится включение схемы стабилизации тока в цепи коллектора. Благодаря этому происходит снижение напряжения на затворе полупроводникового элемента. В том случае, если не происходит прекращение перегрузки, транзистор отключается спустя 10 мкс. Защита отключается после того, как будет снят со входа сигнал. Благодаря этому осуществляется триггерная схема защиты.

Когда она применяется, необходимо уделять свое внимание промежутку времени, через которое происходит повторное включение транзистора мосфет. Что это за включение и какие у него особенности? Обратите внимание на то, что это время должно быть больше, чем тепловая постоянная (временная) полупроводникового кристалла, на основе которого изготовлен транзистор.

Недостатки схемы включения


Но существуют схемы включения, которые снижают потери мощности. Напряжение насыщения в любом случае зависит от коллекторного тока. Мосфет (что это, рассмотрено в статье) данную зависимость демонстрирует, можно сказать, линейную по причине того, что от тока на стоке транзистора не зависит сопротивление канала (активного). Но у мощных IGBT транзисторов эта зависимость не линейна, но можно без труда выбрать напряжение, которое будет соответствовать необходимому току защиты.

Драйвер трехфазного моста


В таких схемах также применяется резистор для измерений значения тока. Ток защиты определяется при помощи делителя напряжения. Широкую популярность получили драйверы IR2130, которые обеспечивают стабильную работу схемы при напряжении до 600 Вольт. Схема включает в себя транзистор полевого типа, у которого открыт сток (он служит для индикации наличия неисправностей). Устанавливается мосфет на плате при помощи жестких перемычек в качественной изоляции по этим причинам. В нем имеется усилитель, который вырабатывает определенный контрольный и обратной связи сигналы. При помощи драйвера происходит формирование задержки по времени между включениями транзисторов нижнего и верхнего плеч, чтобы исключить появление сквозного тока.

Как правило, в зависимости от модификации, время составляет 0,2…2 мкс. В драйвере IR2130, который используется для реализации схемы защиты, отсутствует функция ограничения максимального значения напряжения на затворе в момент короткого замыкания. При разработке схемы трехфазного плеча необходимо помнить о том, что отключение моста происходит спустя 1 мкс после начала короткого замыкания. Следовательно, ток (в особенности при наличии активной нагрузки) превышает значение, которое было рассчитано. Чтобы сбросить режим защиты и вернуться к рабочему, следует произвести отключение питания драйвера либо же осуществить подачу на его входы запирающего напряжения.

Драйверы нижнего плеча


Чтобы произвести управление транзисторами мосфет нижнего плеча, существуют качественные микросхемы фирмы Motorola, например, МС33153. Этот драйвер особенный, так как его можно с успехом использовать для двух типов защиты (по напряжению и току). Также имеется функция, которая разделяет два режима — перегрузки и короткого замыкания. Имеется возможность подачи некоторого напряжения (отрицательного для управления). Это полезно для случаев, когда необходимо производить управление модулями с высокой мощностью и достаточно большим значением заряда затвора. Отключается режим защиты IGBT (это ближайшие аналоги мосфетов) после того, как напряжение питания падает ниже отметки в 11 Вольт.

Следует ли использовать мощные полевые МОП-транзисторы параллельно? | Блоги

Захария Петерсон

|&nbsp Создано: 2 ноября 2020 г.

Бесстрашный разработчик систем питания должен знать все о полевых МОП-транзисторах и их конкретных электрических особенностях, но работа с массивами полевых МОП-транзисторов может оказаться еще одним испытанием.Одна из схем, которую вы можете увидеть в системе преобразования энергии, заключается в параллельном размещении нескольких силовых полевых МОП-транзисторов. Это распределяет нагрузку между несколькими МОП-транзисторами с целью снижения нагрузки на отдельные транзисторы в вашей системе.

К сожалению, МОП-транзисторы (и вообще нелинейные компоненты) не просто делят ток между собой так же, как, скажем, группа резисторов, включенных параллельно. Как и в случае одного полевого МОП-транзистора, тепло теперь становится важным фактором, поскольку оно определяет пороговое поведение в МОП-транзисторах (опять же, это относится к любой реальной нелинейной схеме).Чтобы увидеть, как эти компоненты взаимодействуют друг с другом в таком расположении, нам нужно взглянуть на паразиты, которые существуют внутри микросхемы MOSFET и между силовыми MOSFET параллельно, чтобы вы могли предотвратить саморазрушение компонентов.

Работа с параллельными МОП-транзисторами

Как и любой другой компонент, линейный или нелинейный, несколько одинаковых компонентов или цепей могут быть соединены параллельно. Это также верно для мощных полевых МОП-транзисторов, биполярных транзисторов или других групп компонентов в ваших схемах.Для устройств с 3 выводами, таких как полевые МОП-транзисторы, где питание должно подаваться на два вывода, задействованная конфигурация может быть не такой интуитивно понятной. На приведенной ниже схеме показан пример силового преобразователя, в котором четыре МОП-транзистора подключены параллельно на выходной стороне преобразователя.

Четыре мощных полевых МОП-транзистора, включенных параллельно в системе преобразователя постоянного тока.

Обратите внимание, что к затвору каждого МОП-транзистора подключен небольшой резистор (сейчас я объясню почему). Также имеется один импульс затвора от синхронного драйвера на порту VG_PWM, который используется для одновременного переключения каждого полевого МОП-транзистора.Другими словами, эти полевые МОП-транзисторы не управляются каскадным образом; они управляются таким образом, что все они включаются и пропускают ток одновременно.

Преимущество такого подключения полевых МОП-транзисторов заключается в том, что каждый из них можно использовать для обеспечения более низкого тока нагрузки. Другими словами, общий ток равномерно распределяется между каждым полевым МОП-транзистором при условии, что они имеют одинаковое сопротивление в открытом состоянии. Это позволяет каждому мощному МОП-транзистору обеспечивать высокий ток, сохраняя при этом высокий запас по току, что затем снижает количество выделяемого ими тепла.

Две точки не учитываются при типичном анализе параллельных силовых полевых МОП-транзисторов: паразиты в МОП-транзисторах. Паразиты уже создают эффекты ограничения пропускной способности, фильтрации или резонанса в реальных компонентах. Однако, когда у нас есть несколько мощных МОП-транзисторов, параллельно управляемых высокочастотным ШИМ-сигналом, их паразитные характеристики могут взаимодействовать друг с другом и увеличивать вероятность нежелательных колебаний во время переключения. Затем это будет выглядеть как сбой на выходе системы и может привести к чрезмерному нагреву пострадавшего MOSFET.

Моделирование мощных полевых МОП-транзисторов в параллельном режиме

Если у вас есть несколько мощных полевых МОП-транзисторов, подключенных параллельно, и вы хотите смоделировать возникновение паразитных колебаний, вы можете построить простую схему с драйвером затвора для ваших конкретных МОП-транзисторов. Убедитесь, что вы прикрепили к компоненту соответствующую имитационную модель, где модель включает паразитную емкость между различными выводами компонента. Пример схемы с нагрузкой на стороне источника показан ниже.

Схема для проверки параллельного подключения полевых МОП-транзисторов с простой схемой драйвера затвора.

Я использовал источник VPULSE из библиотеки Simulation Sources.IntLib для моделирования ШИМ-драйвера. Диод D1 представляет собой диод 1N914, включенный в схему драйвера затвора N-МОП-транзистора. Отсюда вам просто нужно выполнить анализ переходных процессов, чтобы проверить ток и мощность, подаваемые на нагрузку МОП-транзисторами.

Обратите внимание, что есть несколько величин, представляющих интерес для этой симуляции:

  • Время нарастания ШИМ : это определяет полосу пропускания сигнала ШИМ и должно соответствовать спецификациям вашего MOSFET
  • Частота ШИМ : сигнал ШИМ с более высокой частотой будет иметь более низкий импеданс из-за паразитной емкости, которая вводит больше мощности в паразитную петлю обратной связи, возможно приводя систему в резонанс.
  • Напряжение затвора : Поскольку отклик полевого МОП-транзистора зависит от величины напряжения затвора, то же самое произойдет и с любыми паразитными колебаниями, возникающими, когда сигнал ШИМ переключает параллельный массив.

Эффекты паразитной индуктивности и паразитной емкости можно легко заметить при моделировании переходных процессов. В приведенном ниже примере показаны результаты для пары полевых МОП-транзисторов выше, когда в имитационную модель включены паразитная емкость и индуктивность. Обратите внимание на большие выбросы, которые четко видны во временной области при переключении сигнала ШИМ.

Наблюдаются сбои в MOSFET во время переключения.

Демпфирование нежелательных колебаний и повышения температуры

Как упоминалось ранее, эти нежелательные колебания могут возникать в различных полевых МОП-транзисторах в массиве при наличии температурного дисбаланса. Другими словами, условия резонанса в одном MOSFET могут отличаться от условий в другом MOSFET. Если один полевой МОП-транзистор испытывает сильные колебания раньше других полевых МОП-транзисторов при заданном напряжении на затворе, то компонент может разрушиться.Поэтому лучше всего поддерживать одинаковую температуру этих компонентов, если они соединены последовательно. Это можно сделать с помощью большого радиатора или плоского слоя под компонентами вашей печатной платы.

Другой способ изменить условия резонанса — поместить резистор затвора в цепь возбуждения (см. выше, где включен небольшой резистор 5 Ом). МОП-транзисторы в полумостовых резонансных преобразователях LLC могут иметь очень большой резистор, соединяющий истоки и затвор, чтобы обеспечить высокое демпфирование между этими двумя портами.Вы можете поэкспериментировать с этими значениями резисторов, чтобы проверить, как они влияют на демпфирование в параллельной цепи.

Аналоговое моделирование является центральной частью проектирования схем, в том числе для параллельных силовых полевых МОП-транзисторов. Инструменты проектирования схем и компоновки печатных плат в Altium Designer® предоставляют полный набор функций, помогающих создавать схемы, моделировать поведение сигнала и создавать компоновку печатной платы. После того как вы утвердили свой проект схемы, вы можете поделиться своими проектными данными на платформе Altium 365®, что дает вам простой способ работать с проектной группой и управлять проектными данными.

Мы лишь немного коснулись того, что можно сделать с помощью Altium Designer в Altium 365. Вы можете посетить страницу продукта, чтобы получить более подробное описание функций, или посетить один из вебинаров по запросу.

Параллельное соединение силовых модулей IGBT и MOSFET

3 Советы по применению В драйверах, представленных в [9], [47] и [61], детектируются и подаются IGBT/MOSFET dv/dt и di/dt. спиной к водителю (Рисунок 3.65). s + ток затвора + + ток затвора — s . Ограничение перенапряжения между клеммами управления Ограничение перенапряжения между клеммами управления необходимо для поддержания максимального напряжения затвор-эмиттер/затвор-исток, с одной стороны, и для ограничения амплитуды динамического тока короткого замыкания, с другой стороны .На рис. 3.66 показана сводка вариантов простых схем. Ради оптимальной эффективности схемы ограничения должны располагаться с малой индуктивностью и располагаться как можно ближе к затвору. Рисунок 3.66. Простые схемы ограничения напряжения на затворе [194] 3.6.3.3. Обнаружение перегрева. Прямое измерение of температура перехода возможна только в том случае, если датчик температуры прикреплен очень близко к полупроводниковому компоненту (например,грамм. монолитной интеграцией или соединением датчика температуры и силового полупроводникового чипа). Информацию о температуре можно затем получить из оценки токов блокировки диода или тиристора. Однако технологии подобного пока применялись только в компонентах интеллектуального питания. В транзисторных силовых модулях температура измеряется либо снаружи модуля от радиатора, либо внутри модуля с помощью термозависимых резисторов рядом с силовыми полупроводниковыми кристаллами (например,грамм. с SEMIKRON SKiiP/ MiniSKiiP). Из-за из заданных тепловых постоянных времени дается только информация о средней температуре (динамическое измерение температуры невозможно). 217

без названия

%PDF-1.4 % 1 0 объект > эндообъект 7 0 объект /Заголовок /Тема /Автор /Режиссер /Ключевые слова /CreationDate (D:20220228045548-00’00’) /ModDate (D:20190621151659+02’00’) /Application («Сертифицировано IEEE PDFeXpress 21.06.2019, 2:41:08») /PXCViewerInfo (средство просмотра PDF-XChange; 2.5.312.1;9 февраля 2015 г.;12:00:06;D:20190621151659+02’00’) >> эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект > эндообъект 4 0 объект > эндообъект 5 0 объект > эндообъект 6 0 объект > поток Acrobat Distiller 9.0.0 (Windows)2019-06-21T15:16:59+02:002019-06-21T02:41:03-07:00’Сертифицировано IEEE PDFeXpress 21.06.2019, 2:41:08 ‘2019-06-21T02:41:08-07:00application/pdf

  • без названия
  • uuid:9a061d97-b4b5-46b9-8e7b-1bc4bd3c5d98uuid:58ca1a20-2e31-4b0d-9623-89996f559cce’Сертифицировано IEEE PDFeXpress 21.06.2019 2:41:08′ конечный поток эндообъект 8 0 объект > эндообъект 9 0 объект > эндообъект 10 0 объект > эндообъект 11 0 объект > эндообъект 12 0 объект > эндообъект 13 0 объект > эндообъект 14 0 объект > эндообъект 15 0 объект > эндообъект 16 0 объект > эндообъект 17 0 объект > эндообъект 18 0 объект > /ProcSet [/PDF /Text /ImageC /ImageB /ImageI] >> эндообъект 19 0 объект > поток xڝXɎ6+֐0| [er S~?HJ{͙&Ekyd’`J̹L/83> 〿M~ 92s11v1Ƨɥ3+>.qEwۯӏohCE 8OED og»dyq}± [email protected]}xi]H\qo. !af.X~9F3{Xug-b:wZ:bUB{WTχQ=T`Du ȅٗd1kS*t/\ J(YA7=Ok=)Dr|'[RgYLU0*Eڟc}OhbPw]DZQAY

    Можно ли использовать МОП-транзисторы параллельно? – Rampfesthudson.com

    Можно ли использовать МОП-транзисторы параллельно?

    При параллельном использовании полевых МОП-транзисторов дисбаланс тока возникает во время переключения переходов из-за несоответствия между характеристиками каждого устройства и схемой разводки каждого МОП-транзистора. Этот дисбаланс тока может увеличить потери мощности и привести к выходу из строя МОП-транзистора.Предотвращение этого текущего дисбаланса.

    Какова функция антипараллельного диода в MOSFET?

    Эти диоды необходимы для обратного пути тока индуктивной/емкостной нагрузки.

    Почему на МОП-транзисторе установлен диод?

    Мы знаем, что MOSFET или IGBT являются однонаправленными устройствами, они проводят ток только при прямом смещении и блокируют ток при обратном смещении. Это обратное напряжение может повредить МОП-транзистор. По этой причине к MOSFET, IGBT или SCR подключается внешний диод, чтобы обеспечить путь для обратного тока.

    Как вы параллельно питаете МОП-транзистор?

    На что следует обратить внимание при параллельном использовании МОП-транзисторов?

    1. Сделайте симметричную разводку цепей.
    2. Соедините полевые МОП-транзисторы с одним радиатором так, чтобы условия рассеивания тепла были одинаковыми для всех полевых МОП-транзисторов.
    3. Используйте внешний резистор затвора для каждого МОП-транзистора.
    4. Обеспечьте большую текущую маржу, учитывая текущий дисбаланс.

    Можно ли соединять МОП-транзисторы последовательно?

    МОП-транзисторы серии

    не всегда могут работать с большим напряжением. Идея последовательного расположения заключается в том, что группа МОП-транзисторов будет работать как один большой МОП-транзистор с гораздо более высоким номинальным напряжением, но таким же номинальным током.Это не всегда получается на практике.

    Нужен ли резистор затвора для полевых МОП-транзисторов?

    Вам не обязательно нужен базовый резистор. МОП-транзисторы не только не имеют базы (у них есть затвор), но и затвор имеет (очень) высокий импеданс. За исключением случаев, когда MOSFET меняет состояние, ток затвора практически равен нулю.

    Что такое антипараллельные диоды?

    Встречно-параллельные диоды

    часто используются для защиты от электростатических разрядов в ИС. Различные области заземления или питания с одинаковым потенциалом или напряжением могут быть подключены отдельно по соображениям изоляции.С установленными диодами ток может течь в любом направлении.

    Для чего в схеме инвертора диоды встречно-параллельно соединены с тиристором?

    1. Почему диоды нужно включать встречно-параллельно с тиристорами в инверторных схемах? Для нагрузок RL ток нагрузки не будет в фазе с напряжением нагрузки, а диоды, включенные встречно-параллельно, позволят току течь, когда главные тиристоры выключены. Эти диоды называются диодами обратной связи.

    Нужен ли диод для полевых МОП-транзисторов?

    MOSFET, как SiC-MOSFET, так и другие, имеют внутренний диод между стоком и истоком, как показано на схеме. Вследствие структуры полевого МОП-транзистора внутренний диод образован p-n переходом между истоком и стоком и также называется паразитным диодом или внутренним диодом.

    Почему параллельное соединение MOSFET проще, чем SCR?

    Вообще говоря, поскольку МОП-транзисторы не подвержены тепловому разгону (что может случиться с биполярными устройствами), это упрощает их параллельную работу.Поскольку МОП-транзисторы управляются напряжением, им просто необходимо стабильное и равномерное напряжение. Однако «стабильность и единообразие» может оказаться более сложной задачей, чем может показаться на первый взгляд.

    Как Mosfet используется в цепи?

    Короче говоря, MOSFET

    представляет собой полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника, используемый для переключения или усиления напряжения в цепях. Являясь частью семейства полевых транзисторов, это управляемое током устройство, состоящее из 3 выводов; Источник.

    В чем разница между диодом, транзистором и полевым транзистором?

    Диод является типом неуправляемого переключателя, тогда как транзистор является управляемым переключателем.Транзистор в основном подразделяется на два типа, то есть транзистор с биполярным переходом и транзистор с полевым эффектом. BJT использует как электроны, так и дырки в качестве носителей заряда, а FET представляет собой униполярный транзистор.

    Как работает МОП-транзистор?

    MOSFET широко используются в интегральных схемах и высокоскоростных переключателях. МОП-транзистор работает, индуцируя проводящий канал между двумя контактами, называемыми истоком и стоком, путем подачи напряжения на электрод затвора с оксидной изоляцией.

    Каково назначение диода в цепи?

    Диоды — это обычные полупроводниковые устройства, обычно сделанные из кремния, которые используются для управления потоком электричества в цепях. Диод имеет два вывода: положительно заряженный анод и отрицательно заряженный катод. Когда электрическая энергия поступает в диод через его анод, она проводится через…

    Что такое VDD MOSFET-транзистора?

    VDD MOSFET-транзистора — это постоянное напряжение, подаваемое на сток транзистора.Это очень важное напряжение при смещении транзистора, поскольку оно определяет, до какой степени сигнал переменного тока может быть усилен в транзисторе.

    Почему запараллелить MOSFET проще, чем любые другие устройства? — Первый законкомик

    Почему параллельное подключение МОП-транзистора проще, чем любого другого устройства?

    Вообще говоря, поскольку МОП-транзисторы не подвержены тепловому разгону (что может случиться с биполярными устройствами), это упрощает их параллельную работу.Поскольку МОП-транзисторы управляются напряжением, им просто необходимо стабильное и равномерное напряжение.

    Нужен ли драйвер для МОП-транзисторов?

    МОП-транзистору обычно требуется драйвер затвора для включения/выключения на нужной частоте. Для высоких частот полевым МОП-транзисторам требуется схема управления затвором для преобразования сигналов включения/выключения от аналогового или цифрового контроллера в сигналы мощности, необходимые для управления МОП-транзистором.

    Как управлять полевым МОП-транзистором высокого уровня?

    Здесь, когда полевой МОП-транзистор верхнего плеча выключен, конденсатор заряжается от управляющего напряжения.Конденсатор заряжается через нагрузку или поддерживающий МОП-транзистор нижнего плеча. Когда MOSFET верхнего плеча должен быть включен/управлен, напряжение на конденсаторе используется для управления MOSFET верхнего плеча.

    Как транзисторы соединены последовательно?

    Два NPN-транзистора могут быть соединены последовательно с коллектором нижнего транзистора, соединенным с эмиттером верхнего транзистора, рисунок 4, что обеспечивает возможность отключения нагрузки от двух разных сигналов. Любой вход может отключить нагрузку, но оба входа должны быть включены, чтобы нагрузка была включена.

    Можно ли подключать МОП-транзисторы параллельно?

    Работа с параллельными полевыми МОП-транзисторами Как и любой другой компонент, линейный или нелинейный, несколько одинаковых компонентов или цепей могут быть соединены параллельно. Это также верно для мощных полевых МОП-транзисторов, биполярных транзисторов или других групп компонентов в ваших схемах.

    Как выбрать драйвер MOSFET?

    Выбор полевых МОП-транзисторов Обязательно выбирайте силовые МОП-транзисторы, рассчитанные как минимум на напряжение питания и максимальный ток, требуемый двигателю.Помните, что необходимо оставить некоторый запас. Выберите полевой МОП-транзистор, номинальное напряжение сток-исток которого (VDS) не менее чем на 20 % выше напряжения питания.

    Как управлять полевым МОП-транзистором?

    Чтобы включить MOSFET, на затвор необходимо подать напряжение выше номинального порогового напряжения затвора Vth. В постоянно включенном или выключенном состоянии привод затвора MOSFET практически не потребляет энергии. Емкость затвор-исток MOSFET, наблюдаемая на выходе драйвера, зависит от его внутреннего состояния.

    Как подключить MOSFET параллельно? — Первый законкомик

    Как подключить полевой МОП-транзистор параллельно?

    На что следует обратить внимание при параллельном использовании МОП-транзисторов?

    1. Сделайте симметричную разводку цепей.
    2. Соедините полевые МОП-транзисторы с одним радиатором так, чтобы условия рассеивания тепла были одинаковыми для всех полевых МОП-транзисторов.
    3. Используйте внешний резистор затвора для каждого МОП-транзистора.
    4. Обеспечьте большую текущую маржу, учитывая текущий дисбаланс.

    Можно ли подключить два МОП-транзистора параллельно?

    При параллельном использовании полевых МОП-транзисторов дисбаланс тока возникает во время переключения переходов из-за несоответствия между характеристиками каждого устройства и схемой разводки каждого МОП-транзистора. Этот дисбаланс тока может увеличить потери мощности и привести к выходу из строя МОП-транзистора. Предотвращение этого текущего дисбаланса.

    Можно ли складывать полевые МОП-транзисторы?

    При использовании в схеме многослойных МОП-транзисторов качество компоновки становится еще более важным, чем обычно.Плохая компоновка значительно увеличивает паразитную емкость и площадь конструкции, что может привести к тому, что схема не будет соответствовать желаемым рабочим характеристикам.

    Почему мы используем два Mosfet?

    Почему два МОП-транзистора используются последовательно в схеме защиты литий-ионной аккумуляторной батареи? Для реализации функции заряда-разряда используются два полевых МОП-транзистора, как показано на рисунке 1. Этот случай не будет функционировать как переключатель заряда-разряда.

    Как MOSFET можно использовать в качестве переключателя?

    При использовании полевого МОП-транзистора в качестве переключателя мы можем заставить МОП-транзистор включаться быстрее или медленнее или пропускать высокие или низкие токи.Эта способность включать и выключать силовой полевой МОП-транзистор позволяет использовать устройство в качестве очень эффективного переключателя со скоростью переключения, намного превышающей стандартные биполярные транзисторы.

    Как выбрать резистор затвора для полевого МОП-транзистора?

    Выбор номинала резистора Часто для этого достаточно значения 1000 Ом. Но это зависит от вашей схемы. Имейте в виду, что чем выше сопротивление, которое вы используете, тем медленнее будет включаться МОП-транзистор.

    Почему полевые МОП-транзисторы работают параллельно?

    Параллельная работа полевых МОП-транзисторов Поскольку силовые МОП-транзисторы не подвержены тепловому выходу из строя, обычно проще подключить несколько мощных МОП-транзисторов параллельно, чем биполярные транзисторы.МОП-транзисторы соединены параллельно для увеличения выходного тока.

    Что такое силовой МОП-транзистор?

    Изобретение мощного полевого МОП-транзистора отчасти было обусловлено ограничениями биполярных силовых переходных транзисторов (BJT), которые до недавнего времени были предпочтительным устройством в приложениях силовой электроники.

    В чем разница между n-канальным и p-канальным MOSFET?

    N-Channel — для N-канального МОП-транзистора источник подключается к земле. Чтобы включить МОП-транзистор, нам нужно поднять напряжение на затворе.Чтобы отключить его, нам нужно подключить ворота к земле. P-канал — источник подключен к шине питания (Vcc). Чтобы позволить току течь, ворота должны быть притянуты к земле.

    В чем разница между силовым биполярным транзистором и МОП-транзистором?

    Однако при высоких напряжениях пробоя (> 200 В) падение напряжения в открытом состоянии мощного полевого МОП-транзистора становится выше, чем у биполярного устройства аналогичного размера с аналогичным номинальным напряжением. Это делает более привлекательным использование биполярного силового транзистора за счет худших характеристик на высоких частотах.

    Консультация по опциям LVS

    Консультация по опциям LVS

    Разработка интегральных схем 2


    Следующие параметры наиболее полезны для сравнения транзисторов. списки соединений, сгенерированные из L-Edit и S-Edit:

    • Ввод Карта:
      • Списки соединений: Макет списка соединений

        Это список соединений T-Spice, извлеченный из L-Edit. Хотя источники напряжения для стимула и другой информации, связанной с моделированием, может присутствовать в этом файла, они не нужны и будут игнорироваться при сравнении списка соединений.Список соединений компоновки обычно имеет имя файла в форме:

        имя ячейки .spc

      • Списки соединений: схематический список соединений

        Это список соединений T-Spice, экспортированный из S-Edit. Как и в случае со списком соединений макета, информация о моделировании будет игнорироваться. Схематический список соединений обычно имеет имя файла в форме:

        имя ячейки .sp

      • Дополнительные входные файлы: файл предварительного матча

        Этот необязательный файл позволяет выполнить более точную проверку LVS, сообщая система, в которой именованные узлы на схеме должны совпадать с именованными узлы на макете.Нормой в данном случае является список портов для модуль для проверки. Для ворот nand3 с портами: A, B, C и Y мы могли бы иметь файл вида:

         А А
          Б Б
          С С
          Г Д
         
        Иногда имена узлов могут не совпадать. Для триггера d-типа у нас может быть файл вида:
         Д Д
          вопрос вопрос
          nQ Qбар
          часы CLK
          nRST RESETbar
         
        где имена слева — это имена, используемые в представлении компоновки, а те, что справа, являются соответствующими узлами на схематическом виде.
    • Выход Карта:
    • Параметры устройства карта:
    • Карта объединения устройств :
      • Объединение устройств Parallel M (MOSFET) [ Все ]

        Эта опция позволяет вам сравнивать компоновку и схему, где транзисторы на макете размещены параллельно для того, чтобы дать большая сила привода. Эта опция необходима для любой схемы, включая буферная ячейка BIM_BUF, которая использует этот метод параллельного MOSFET.

      • МОП-транзисторы серии Merge [ Все ]

        Эта опция позволяет вам сравнивать компоновку и схему, где последовательные транзисторы не в том же порядке (например, схема nand3 содержит три транзистора NMOS серии, A-B-C, а компоновка содержит три серии NMOS-транзисторов, A-C-B). Такие схемы функционально идентичный. Так как этот вариант исключает проверку транзистора размеры, вы должны использовать его экономно и исправлять любые такие несоответствия в порядке транзисторов, когда они найдены (это часто связано с изменением схема соответствует макету).

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.