Dobór tranzystorów MIS do przetwornicy napięcia samochodowego ULF. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Przetwornice napięcia, prostowniki, falowniki

 Komentarze do artykułu

1. Naucz się czytać podstawowe źródła

"Ze wszystkich parametrów tranzystora MIS najważniejsza jest dla nas rezystancja otwartego kanału." Clausmobile

Zgadza się, ale nie jedyny. Weźmy dokumentację tranzystora mocy (powiedzmy IRFP054N) i przeanalizujmy ją kawałek po kawałku. A po drodze ustalimy priorytety – co jest ważne, a co nie. Muszę od razu powiedzieć, że na podstawie trzech głównych parametrów - rezystancji kanału Rds, maksymalnego napięcia roboczego dren-źródło Vbrds oraz prądu kanału Id można wyciągnąć wnioski, ale wskazane jest działanie z pełnym zestawem dane. Przynajmniej dlatego, że maksymalne dopuszczalne parametry przy +25C gwarantują zabicie urządzenia przy 100C. Poza tym ograniczające dane w interpretacji różnych producentów nie zawsze są porównywalne.

Przeczytajmy zatem dokument.

Absolutne maksima

Prąd drenu DC przy Vgs=10V: Id=81A przy 25C, Id=57A przy 100C. A notatka mówi: „Obliczono na podstawie granicznej (idealnej) odporności termicznej obudowy”. Dlatego w prawdziwym życiu jest to nieosiągalne. Sami ustalimy prąd graniczny na podstawie rozsądnej mocy cieplnej, cyklu pracy impulsu i rezystancji kanału.

Impulsowy prąd drenu Id=290A (z podobnymi zastrzeżeniami). Świetne, ale równie niedostępne.

Moc cieplna rozpraszana przy 25С Pmax=170W i jej malejący współczynnik temperaturowy LDF(Pmax)=-1.1W/C. Te dwa parametry zawsze żyją nierozłącznie. Rzeczywiście, gdy kryształ jest podgrzewany do 125 ° C (jest to normalne), maksymalna dopuszczalna moc spada do 170-1.1 * (125-25) = 60 W. Tutaj na tych 60 W, z marginesem - 50 W, i na razie będziemy nawigować.

Ograniczenie napięcia bramka-źródło (Vgs) - +/-20V. Wystarczająco bezpieczny dla sieci 12V.

Odporność termiczna

Obudowa złącza PN - Rjc=0.9 C/W. Oznacza to, że przy 50W strat ciepła temperatura obszaru roboczego kryształu będzie o 0.9 * 50 = 45 stopni wyższa od temperatury obudowy tranzystora (która z kolei jest niższa od średniej temperatury kaloryfer).

Obudowa chłodnicy, płaska powierzchnia smarem silikonowym - Rcs=0.24 C/W. Te. 60W da kolejne 12C straty ciepła. Z uszczelką mikową będzie trochę gorzej. Kolejny argument przemawiający za w pełni izolowanymi tranzystorami. Niestety, choć jest ich niewiele, a psy są drogie ...

PN powietrze przejściowe (w przypadku braku chłodnicy) - Rja=40C/W. Co należało udowodnić - bez grzejnika urządzenie jest bezużyteczne.

Parametry elektryczne (przy 25С na złączu pn)

Szalone ustawienia. W związku z powyższym 25C na skrzyżowaniu może być tylko w bardzo mroźną zimę. Dlatego niezwykle ważne są zależności temperaturowe wszystkich parametrów. Dzięki Bogu IR nie kłamie i szczerze o nich mówi.

Napięcie przebicia kanału zamkniętego wynosi Vbrds=55V (Vgs=0V, prąd progowy kanału 250µA), a jego współczynnik redukcji temperatury LDF(Pmax)=-0.06W/C. Te. przy 125C Vbrds spada do 49V. Dwa dobre wnioski. Po pierwsze, wahania napięcia drenu są równe dwóm napięciom zasilania (tj. maks. 30 V) plus nieuniknione wahania przy przełączaniu (dodaj kolejne 10 V) - w sumie 40 V, co wyraźnie mieści się w normie. Po drugie, jeśli 250 µA jest już wystarczająco duże i jest uważane za prąd „przebicia”, to normalny prąd upływu zamkniętego tranzystora jest o rząd wielkości niższy (25 µA przy 25°C i Vds = 55 V, ale 250 µA przy 150°C). I oczywiście nie jest konieczne odłączanie go (przetwornicy) od akumulatora w pozycji niepracującej.

Rezystancja otwartego kanału przy Id=43A i Vgs=10V: Rds=12mOhm (miliOhm). Dobra odporność. Najlepszy pod tym względem monokryształ IRFP064N ma 6.4 mOhm (była to najniższa rezystancja w 1999 roku. Czasy się zmieniają - 2002...). Mniej - tylko dla modułów wieloukładowych. A jak zachowuje się wraz ze wzrostem temperatury pokazano na wykresie 4. Gdy temperatura spadnie do -40C, rezystancja spada o 25%. Przy 100C - wzrasta o 40%. W 175C - podwaja się. Stąd w dalszych obliczeniach zawsze działam z podwójnym oporem "paszportowym".

Progowe napięcie bramki Vgsth=2.0...4.0V przy Id=250µA. Wykres 3 przedstawia zależność charakterystyki przenoszenia od temperatury. Wynika z tego jasno, że 8 V wystarczy do gwarantowanego pełnego otwarcia kanału. „Wszystko inne nie ma dla mnie znaczenia”.

Prąd upływu bramki IGSS=100nA - nas nie interesuje.

Całkowity ładunek bramki wynosi 130nC przy Vgs=10V, Vds=43V. Ten parametr określa wymagania dla obwodu wyzwalającego (sterownika bramki). Aby uzyskać przybliżone obliczenie takiego obwodu, zobacz materiał aplikacyjny TL494 IC na mojej stronie internetowej. Pośrednio decyduje również o bezpieczeństwie termicznym tranzystora, ponieważ większość ciepła uwalniana jest właśnie w procesie przejściowym. A wykres 6 pokazuje jego zależność od napięcia bramki. Widać, że po pierwsze „pojemność” bramki jest nieliniowa, a po drugie opłaty potrzebne do otwarcia i zamknięcia kanału przy zasilaniu 12V będą różne. Po drugie, praktycznie nie zależy od napięcia zasilania na kanale.

Opóźnienia czasowe włączania i wyłączania - wszystkie mają opóźnienie nie większe niż 66 ns, co nam odpowiada.

Zdolności wejściowe i wyjściowe - już mówiliśmy o wejściu. Wyjście określa rezonanse obwodu drenu, który jest traktowany przez tłumik RC. Jednak w porównaniu z oscylacjami generowanymi przez rzeczywiste obciążenie (transformator-prostownik) nie są one poważne.

Parametry diody flyback nie jesteśmy szczególnie zainteresowani.

Jaka jest suma?

2. Liczenie na palcach

Zmyśliłem prosty znak (w programie Excel 98), w którym możliwa jest ocena reżimu termicznego i sprawności obwodu pierwotnego przekształtnika – tj. straty na kluczach i uzwojeniu pierwotnym. Straty są przedstawione jako suma strat w stanie otwartym (patrz paragraf powyżej) i w stanie przejściowym.

Straty w stanie włączenia są proporcjonalne do kwadratu prądu wejściowego (tj. kwadratu pobieranej mocy), straty przejściowe są liniowo proporcjonalne do prądu wejściowego (mocy). Widać, że przy małej mocy dominują straty przejściowe, przy dużych mocach - straty na rezystancji kanału otwartego rosną i gwałtownie zmniejszają sprawność obwodu pierwotnego. Jednocześnie straty ciepła są dość niskie. Te. wybór tranzystora w drogiej masywnej obudowie TO-247 lub TO-3 jest nieuzasadniony - mniejsza obudowa TO-220 zapewni warunki termiczne nie gorsze. Jeśli chodzi o efektywność odprowadzania ciepła i niezawodność konstrukcji, autor obiema rękami opowiada się za w pełni izolowanym TO-220 (na przykład IRFI1010N).

Jak więc wybrać tranzystor do wzmacniacza o mocy wyjściowej Ru \u200d 12.5 W? Ustawmy graniczne straty - 7.5% w stanie otwartym, 13% w stanach przejściowych, to tylko w obwodzie pierwotnym przy maksymalnej mocy. Zakładając sprawność 67% obwodu wtórnego mamy sprawność całkowitą 67%. Zakładając, że sprawność samego wzmacniacza również wynosi 200% przy pełnej mocy Pu (powiedzmy 2.2W), mamy Pin = 440 Py = 440W. W tym przypadku średni prąd wejściowy Iw \u12d 37 W / 80 V \u37d 0.8 A, a prąd otwartych klawiszy przy całkowitym cyklu pracy 46% wynosi 55 A / 33 \u2d 55 A. Straty nie powinny przekraczać 46W w stanie otwartym i 2W w stanach przejściowych. Ponieważ Popen = I ^ 26 * Rds (prawo Joule'a-Lenza, przypomnę), Rds nie powinno przekraczać 054 W / (1010A) ^ 100, tj. 220 mOhm - podwojona wartość „paszportowa”. Tak więc IRFP131N pasuje prawie bez marginesu. Ale IRFI0.06N i BUZ5 zmieszczą się tak samo (oczywiście w TO-6 a nie w obudowie SMD). Ale tranzystory BTS200 o Rds = 250 Ohm będą musiały być zainstalowane aż 12-XNUMX sztuk na ramię, ale wymagania dotyczące chłodzenia dla każdego również znacznie się zmniejszą. Jest to często wykorzystywane przez instalowanie baterii MiniDIP lub SMD w urządzeniach bez radiatorów. Oczywiście równoległość tranzystorów wymaga specjalnych technik obwodów i układu płytek, ale przy mocy wyjściowej powyżej XNUMX-XNUMX W po prostu nie ma jeszcze innego wyjścia. Ciekawskich odsyłam do historycznego artykułu Shikhmana w "Master XNUMX Volt" o urządzeniu wzmacniacza Lanzarowa

Jeśli chodzi o moc wydzielaną na frontach, to praktycznie nie zależy ona od Rds - tylko od prądu i czasu trwania frontu. Całkiem realistyczne jest umieszczenie go w 2-3 procentach okresu i zamknięcie problemu dla wszelkich dopuszczalnych prądów.

3. Wznów

Wybieramy tranzystory niskonapięciowe (Vbrds = 55-100V) w obudowie TO-220 lub jeszcze lepsze TO-220 Fullpak na podstawie znamionowej rezystancji kanału