Paramètres des transistors à effet de champ: ce qui est écrit dans la fiche technique
Aujourd'hui, les onduleurs et de nombreux autres appareils électroniques se passent rarement de l'utilisation de puissants MOSFET (effet de champ) ou Transistors IGBT… Cela s'applique à la fois aux convertisseurs haute fréquence tels que les onduleurs de soudage, et à divers projets domestiques, dont les schémas sont complets sur Internet.
Les paramètres des semi-conducteurs de puissance actuellement produits permettent de commuter des courants de dizaines et de centaines d'ampères à des tensions allant jusqu'à 1000 volts. Le choix de ces composants sur le marché de l'électronique moderne est assez large, et choisir un transistor à effet de champ avec les paramètres nécessaires n'est en aucun cas un problème aujourd'hui, puisque chaque fabricant qui se respecte accompagne un modèle spécifique de transistor à effet de champ avec documentation technique, qui peut toujours être trouvée à la fois sur le site officiel du fabricant et chez les revendeurs officiels.
Avant de procéder à la conception de tel ou tel appareil en utilisant les composants d'alimentation spécifiés, vous devez toujours savoir exactement à quoi vous avez affaire, en particulier lors du choix d'un transistor à effet de champ spécifique.Pour cela, ils se tournent vers des fiches d'information. Une fiche technique est un document officiel d'un fabricant de composants électroniques qui contient des descriptions, des paramètres, des caractéristiques du produit, des schémas typiques, etc.
Voyons quels paramètres le fabricant indique dans la fiche technique, ce qu'ils signifient et à quoi ils servent. Regardons un exemple de fiche technique pour un FET IRFP460LC. Il s'agit d'un transistor de puissance HEXFET assez populaire.
HEXFET implique une telle structure cristalline où des milliers de cellules MOSFET hexagonales connectées en parallèle sont organisées en un seul cristal. Cette solution a permis de réduire considérablement la résistance du canal ouvert Rds (on) et a permis de commuter des courants importants. Passons cependant à la revue des paramètres listés directement dans la fiche technique de l'IRFP460LC de l'International Rectifier (IR).
Voir Fig_IRFP460LC
Au tout début du document, une image schématique du transistor est donnée, les désignations de ses électrodes sont données: G-gate (gate), D-drain (drain), S-source (source), ainsi que son principal les paramètres sont indiqués et sont des qualités distinguées répertoriées. Dans ce cas, nous voyons que ce FET à canal N est conçu pour une tension maximale de 500 V, sa résistance de canal ouvert est de 0,27 Ohm et son courant de limitation est de 20 A. La charge de grille réduite permet à ce composant d'être utilisé en haute circuits de fréquence à faible coût énergétique pour la commande de commutation. Vous trouverez ci-dessous un tableau (Fig. 1) avec les valeurs maximales autorisées de divers paramètres dans différents modes.
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Id @ Tc = 25 °C ; Courant de drain continu Vgs @ 10 V — Le courant de drain continu maximum, à une température de corps FET de 25 °C, est de 20 A. À une tension grille-source de 10 V.
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Id @ Tc = 100 °C ; Courant de drain continu Vgs @ 10 V — Le courant de drain continu maximum, à une température de corps FET de 100 °C, est de 12 A. À une tension grille-source de 10 V.
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Idm @ Tc = 25 °C ; Courant de drain d'impulsion — Le courant de drain d'impulsion maximum à court terme, à une température de corps FET de 25 °C est de 80 A. Sous réserve d'une température de jonction acceptable. La figure 11 (Figure 11) fournit une explication des relations pertinentes.
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Pd @ Tc = 25 °C Dissipation de puissance — La puissance maximale dissipée par le boîtier du transistor, à une température de boîtier de 25 °C, est de 280 W.
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Facteur de déclassement linéaire — Pour chaque augmentation de 1 °C de la température du boîtier, la dissipation de puissance augmente de 2,2 watts supplémentaires.
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Tension grille-source Vgs - La tension grille-source maximale ne doit pas être supérieure à +30V ou inférieure à -30V.
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Énergie d'avalanche à impulsion unique Eas — L'énergie maximale d'une seule impulsion dans l'égout est de 960 mJ. Une explication est donnée dans la fig. 12 (fig. 12).
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Courant d'avalanche Iar — Le courant d'interruption maximal est de 20 A.
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Énergie d'avalanche répétitive dans l'oreille — L'énergie maximale des impulsions répétées dans l'égout ne doit pas dépasser 28 mJ (pour chaque impulsion).
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dv / dt Peak Diode Recovery dv / dt — Le taux de montée maximal de la tension de drain est de 3,5 V / ns.
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Tj, Tstg Plage de température de fonctionnement et de stockage de la jonction — Plage de température de sécurité de -55 ° C à + 150 ° C.
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Température de soudure, pendant 10 secondes - la température de soudure maximale est de 300 ° C et à une distance d'au moins 1,6 mm du corps.
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Couple de montage, vis 6-32 ou M3 — le couple de montage maximal du boîtier ne doit pas dépasser 1,1 Nm.
Vous trouverez ci-dessous un tableau des résistances thermiques (Fig. 2.). Ces paramètres seront nécessaires lors du choix d'un radiateur adapté.
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Jonction Rjc à boitier (boitier cristal) 0.45°C/W.
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Rcs Corps à couler, plan, surface lubrifiée 0,24°C/W
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Rja Junction-to-Ambient dépend du dissipateur thermique et des conditions ambiantes.
Le tableau suivant contient toutes les caractéristiques électriques nécessaires du FET à une température de puce de 25 ° C (voir Fig. 3).
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V (br) dss Tension de sortie source à source : la tension source à source à laquelle se produit le claquage est de 500 V.
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ΔV (br) dss / ΔTj Température de la tension de claquage. Coefficient — coefficient de température, tension de claquage, dans ce cas 0,59 V/°C.
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Rds (on) Résistance statique entre source et source - la résistance entre source et source du canal ouvert à une température de 25 ° C, dans ce cas elle est de 0,27 Ohm. Cela dépend de la température, mais nous en reparlerons plus tard.
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Vgs (th) Gres Threshold Voltage — la tension de seuil pour allumer le transistor. Si la tension grille-source est inférieure (dans ce cas 2 - 4 V), le transistor restera fermé.
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gfs Conductance directe — La pente de la caractéristique de transfert égale au rapport entre la variation du courant de drain et la variation de la tension de grille. Dans ce cas, il est mesuré à une tension drain-source de 50 V et un courant de drain de 20 A. Mesuré en Ampères / Volts ou Siemens.
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Idss Le courant de fuite de source à source-le courant de drain dépend de la tension et de la température de source à source. Mesuré en microampères.
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Igss Gate-to-Source Forward Leakage et Gate-to-Source Reverse Leakage-gate courant de fuite. Elle se mesure en nanoampères.
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Qg Total Gate Charge — la charge qui doit être signalée à la grille pour ouvrir le transistor.
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Qgs Gate-to-Source Charge-gate-to-source charge de capacité.
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Qgd Gate-to-Drain (« Miller ») Charge grille-drain correspondant à la charge (capacités de Miller)
Dans ce cas, ces paramètres ont été mesurés à une tension source à source égale à 400 V et un courant de drain de 20 A. Le diagramme et le graphique de ces mesures sont présentés.
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td (on) Turn -On Delay Time — temps pour ouvrir le transistor.
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tr Temps de montée — le temps de montée de l'impulsion d'ouverture (front montant).
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td (off) Turn -Off Delay Time — temps pour fermer le transistor.
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tf Fall Time — temps de chute de l'impulsion (fermeture du transistor, front descendant).
Dans ce cas, les mesures sont effectuées à une tension d'alimentation de 250 V, avec un courant de drain de 20 A, avec une résistance de circuit de grille de 4,3 Ohm et une résistance de circuit de drain de 20 Ohm. Les schémas et graphiques sont représentés sur les figures 10 a et b.
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Ld Inductance de drain interne — inductance de drain.
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Ls Inductance source interne — inductance source.
Ces paramètres dépendent de la version du boîtier du transistor. Ils sont importants dans la conception d'un pilote, car ils sont directement liés aux paramètres de synchronisation de la clé, ce qui est particulièrement important dans le développement de circuits haute fréquence.
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Capacité d'entrée Ciss-capacité d'entrée formée par des condensateurs parasites grille-source et grille-drain conventionnels.
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La capacité de sortie coss est la capacité de sortie formée par les condensateurs parasites conventionnels source-source et source-drain.
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Capacité de transfert inverse Crss - capacité grille-drain (capacité de Miller).
Ces mesures ont été effectuées à une fréquence de 1 MHz, avec une tension source à source de 25 V. La figure 5 montre la dépendance de ces paramètres à la tension source à source.
Le tableau suivant (voir Fig. 4) décrit les caractéristiques d'une diode à transistor à effet de champ interne intégrée classiquement située entre la source et le drain.
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Is Continuous Source Current (Body Diode) — courant de source continu maximum de la diode.
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Ism Pulsed Source Current (Body Diode) - le courant d'impulsion maximal autorisé à travers la diode.
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Tension directe de la diode Vsd — Chute de tension directe à travers la diode à 25 °C et un courant de drain de 20 A lorsque la porte est à 0 V.
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trr Reverse Recovery Time — temps de récupération inverse de la diode.
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Qrr Reverse Recovery Charge — charge de récupération de la diode.
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Temps d'allumage direct - Le temps d'allumage d'une diode est principalement dû à l'inductance du drain et de la source.
Plus loin dans la fiche technique, des graphiques de la dépendance des paramètres donnés à la température, au courant, à la tension et entre eux sont donnés (Fig. 5).
Des limites de courant de drain sont données, en fonction de la tension drain-source et de la tension grille-source à une durée d'impulsion de 20 μs. Le premier chiffre est pour une température de 25°C, le second pour 150°C. L'effet de la température sur la contrôlabilité de l'ouverture du canal est évident.
La figure 6 montre graphiquement la caractéristique de transfert de ce FET. Évidemment, plus la tension grille-source est proche de 10 V, mieux le transistor devient passant. Ici, l'influence de la température est également assez clairement visible.
La figure 7 montre la dépendance de la résistance du canal ouvert à un courant de drain de 20 A à la température. Évidemment, à mesure que la température augmente, la résistance du canal augmente également.
La figure 8 montre la dépendance des valeurs de capacité parasite à la tension source-source appliquée. On peut voir que même après que la tension source-drain franchit le seuil de 20 V, les capacités ne changent pas de manière significative.
La figure 9 montre la dépendance de la chute de tension directe dans la diode interne sur l'amplitude du courant de drain et sur la température. La figure 8 montre la région de fonctionnement sûr du transistor en fonction de la durée d'activation, de l'amplitude du courant de drain et de la tension drain-source.
La figure 11 montre le courant de drain maximum en fonction de la température du boîtier.
Les figures a et b montrent le circuit de mesure et un graphique montrant le chronogramme de l'ouverture du transistor en cours d'augmentation de la tension de grille et en cours de décharge de la capacité de grille à zéro.
La figure 12 montre des graphiques de la dépendance de la caractéristique thermique moyenne du transistor (corps cristallin) sur la durée de l'impulsion, en fonction du rapport cyclique.
Les figures a et b montrent le montage de mesure et le graphique de l'effet destructeur sur le transistor de l'impulsion lorsque l'inductance est ouverte.
La figure 14 montre la dépendance de l'énergie maximale admissible de l'impulsion sur la valeur du courant interrompu et la température.
Les figures a et b montrent le graphique et le diagramme des mesures de charge de grille.
La figure 16 montre une configuration de mesure et un graphique des transitoires typiques dans la diode interne d'un transistor.
La dernière figure montre le cas du transistor IRFP460LC, ses dimensions, la distance entre les broches, leur numérotation : 1-gate, 2-drain, 3-east.
Ainsi, après lecture de la fiche technique, tout développeur pourra choisir un transistor de puissance ou pas, à effet de champ ou IGBT adapté pour un convertisseur de puissance conçu ou réparé, que ce soit onduleur de soudage, fréquence travailleur ou autre convertisseur de commutation de puissance.
Connaissant les paramètres du transistor à effet de champ, vous pouvez développer avec compétence un pilote, configurer le contrôleur, effectuer des calculs thermiques et choisir un dissipateur thermique approprié sans avoir à en installer trop.