הבחירה בטרנזיסטורי MIS עבור ממיר המתח של ULF לרכב. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / ממירי מתח, מיישרים, ממירי מתח

 הערות למאמר

1. למד לקרוא מקורות ראשוניים

"מכל הפרמטרים של טרנזיסטור MIS, החשוב ביותר עבורנו הוא ההתנגדות של ערוץ פתוח." קלאוסמוביל

זה נכון, אבל זה לא היחיד. בואו ניקח את התיעוד של טרנזיסטור הכוח (נניח, IRFP054N) ונפרק אותו חלק אחר חלק. ועל הדרך, נקבע סדרי עדיפויות - מה חשוב ומה לא. אני אגיד מיד כי בהתבסס על שלושה פרמטרים עיקריים - התנגדות ערוץ Rds, מתח תפעול מרבי של מקור ניקוז Vbrds ו-Channel ID, ניתן להסיק מסקנות, אך מומלץ לפעול עם סט שלם של נתונים. ולו רק בגלל שהפרמטרים המרביים המותרים ב-+25C מובטחים להרוג את המכשיר ב-100C. ובנוסף, נתוני המגבלה כפי שפורשו על ידי יצרנים שונים אינם תמיד ברי השוואה.

אז בואו נקרא את המסמך

שיאים מוחלטים

זרם ניקוז קבוע ב-Vgs=10V: Id=81A ב-25C, Id=57A ב-100C. והפתק אומר - "מחושב על סמך ההתנגדות התרמית המקסימלית (האידיאלית) של המארז." לכן, זה בלתי ניתן להשגה בחיים האמיתיים. אנו נקבע בעצמנו את הזרם המגביל בהתבסס על הספק תרמי סביר, מחזור העבודה של הדופק והתנגדות הערוץ.

זרם ניקוז דופק Id=290A (בהסתייגויות דומות). נפלא, אבל לא נגיש באותה מידה.

הספק תרמי התפזר ב-25C Pmax=170W ומקדם הטמפרטורה המופחת שלו LDF(Pmax)=-1.1W/C. שני הפרמטרים האלה תמיד חיים ללא הפרדה. אחרי הכל, כאשר הקריסטל מחומם ל-125C (זה נורמלי), ההספק המרבי המותר מצטמצם ל-170-1.1*(125-25)=60W. מדובר ב-60 W, ועם רזרבה - 50 W, ונתמקד לעת עתה.

מגבלת מתח מקור שער (Vgs) - +/-20V. בטוח מספיק עבור רשת 12V.

התנגדות תרמית

PN צומת-דיור - Rjc=0.9 C/W. המשמעות היא שעם 50W של אובדן תרמי, הטמפרטורה של אזור העבודה של הגביש תהיה גבוהה ב-0.9 * 50 = 45 מעלות מטמפרטורת גוף הטרנזיסטור (אשר בתורה נמוכה מהטמפרטורה הממוצעת של הרדיאטור) .

בית רדיאטור, משטח שטוח עם גריז סיליקון - Rcs=0.24 C/W. הָהֵן. 60W ייתן עוד 12C של איבוד חום. עם אטם מיקה זה יהיה קצת יותר גרוע. טיעון נוסף בעד טרנזיסטורים מבודדים לחלוטין. למרבה הצער, עדיין יש מעט מהם וכלבים יקרים...

PN מעבר-אוויר (בהיעדר רדיאטור) - Rja=40C/W. מה שהיה צריך להוכיח הוא שללא רדיאטור המכשיר חסר תועלת.

פרמטרים חשמליים (ב-25C בצומת pn)

פרמטרים מטורפים. אם לוקחים בחשבון את האמור לעיל, 25C במעבר יכול להיות רק בחורף קר מאוד. לכן, תלות הטמפרטורה של כל הפרמטרים חשובה ביותר. תודה לאל, IR לא משקר ומדבר עליהם בכנות.

מתח השבר של ערוץ סגור הוא Vbrds=55V (Vgs=0V, זרם סף ערוץ 250μA) ומקדם הטמפרטורה המפחית שלו LDF(Pmax)=-0.06W/C. הָהֵן. ב-125C Vbrds ירדו ל-49V. שתי מסקנות טובות. ראשית, תנודת המתח בניקוז שווה לשני מתחי אספקה ​​(כלומר 30V מקסימום) בתוספת התנודה הבלתי נמנעת בעת המעבר (הוסף עוד 10V) - סך הכל 40V, מה שמתאים בבירור לנורמה. שנית, אם 250 µA כבר די גדול ונחשב לזרם "התמוטטות", אז זרם הדליפה הרגיל של טרנזיסטור סגור נמוך אפילו בסדר גודל (25 µA ב-25C ו-Vds = 55V, אבל 250 µA ב-150C) . וכמובן שאין צורך לנתק אותו (הממיר) מהמצבר במצב לא עבודה.

התנגדות ערוץ פתוח ב-Id=43A ו-Vgs=10V: Rds=12mOhm (מיליאוהם). התנגדות טובה. הגביש היחיד הטוב ביותר בהקשר זה, IRFP064N, הוא בעל 6.4 mOhm (זו הייתה ההתנגדות הנמוכה ביותר ב-1999. שינויים בזמנים - 2002...). פחות - רק עבור מודולים מרובי שבבים. ואיך הוא מתנהג עם עליית הטמפרטורה מוצג בגרף 4. כשהטמפרטורה יורדת ל-40C, ההתנגדות יורדת ב-25%. ב-100C - עולה ב-40%. ב-175C זה מכפיל את עצמו. לכן, בחישובים נוספים אני תמיד פועל עם התנגדות "מדורגת" כפולה.

מתח סף שער Vgsth=2.0..4.0V ב-Id=250μA. גרף 3 מציג את תלות הטמפרטורה של מאפיין ההעברה. ברור ממנו ש-8V מספיק כדי להבטיח פתיחה מלאה של הערוץ. "וכל השאר לא משנה לי."

זרם זליגת שער IGSS=100nA לא מעניין אותנו.

טעינת השער הכוללת היא 130nC ב-Vgs=10V, Vds=43V. פרמטר זה מגדיר את הדרישות למעגל ההדק (מנהל השער). לחישוב משוער של מעגל כזה, עיין בחומר על השימוש ב-TL494 IC באתר האינטרנט שלי. בעקיפין, זה גם קובע את הבטיחות התרמית של הטרנזיסטור, מכיוון שהחלק העיקרי של החום משתחרר בדיוק בתהליך החולף. וגרף 6 מראה את התלות שלו במתח השער. ניתן לראות כי ראשית, "קיבול" השער אינו ליניארי, ושנית, הטעינות הנדרשות לפתיחת וסגירת הערוץ עם אספקת 12V לא יהיו זהים. ושנית, זה כמעט בלתי תלוי במתח האספקה ​​בערוץ.

לעיכובים בזמן הפעלה וכיבוי אין יותר מ-66 ns של עיכוב, מה שמתאים לנו.

מיכלי קלט ופלט – על מיכל הקלט כבר דיברנו. הפלט קובע את התהודה של מעגל הניקוז, אשר מטופלים על ידי מנחת RC. עם זאת, בהשוואה למתנד שנוצר מהעומס עצמו (שנאי-מיישר), הם אינם רציניים.

פרמטרים של דיודה עם גלגל חופשי אנחנו לא מתעניינים במיוחד.

מה הסכום הכולל?

2. לספור על האצבעות

אני המצאתי סימן פשוט (ב-Excel 98), שבו ניתן להעריך את התנאים התרמיים והיעילות של המעגל הראשוני של הממיר - כלומר. הפסדים על המתגים ועל הפיתול הראשוני. הפסדים מוצגים כסכום ההפסדים של המצב הפתוח (ראה פסקה לעיל) ומצב המעבר.

הפסדים במצב On הם פרופורציונליים לריבוע של זרם הכניסה (כלומר, ריבוע צריכת החשמל), הפסדים חולפים הם פרופורציונליים ליניארי לזרם הכניסה (הספק). ניתן לראות שהפסדים חולפים שולטים בהספק נמוך; בהספקים גבוהים, הפסדים בהתנגדות הערוץ הפתוח גדלים ומפחיתים בחדות את היעילות של המעגל הראשוני. יחד עם זאת, הפסדי חום נמוכים למדי. הָהֵן. בחירת טרנזיסטור בחבילת TO-247 או TO-3 מאסיבית יקרה אינה מוצדקת - החבילה הקטנה יותר של TO-220 לא תספק תנאים תרמיים גרועים יותר. באשר ליעילות של הסרת חום ואמינות העיצוב, המחבר בעד TO-220 המבודד לחלוטין (לדוגמה, IRFI1010N).

אז איך נבחר טרנזיסטור למגבר עם הספק מוצא Ru=200W? בואו נגדיר את ההפסדים המקסימליים - 12.5% ​​במצב פתוח, 7.5% במצב חולף, זה רק במעגל הראשי בהספק מרבי. בהנחה של 13% יעילות מעגל משני, יש לנו יעילות כוללת של 67%. בהנחה שהיעילות של המגבר עצמו היא גם 67% בהספק מלא Pу (נניח 200 W), יש לנו Pin = 2.2 Py = 440 W. במקרה זה, זרם הכניסה הממוצע Iin = 440W / 12V = 37A, והזרם של מתגים פתוחים עם מחזור עבודה כולל של 80% הוא 37A/0.8 = 46A. הפסדים לא יעלו על 55W במצב פתוח ו-33W במהלך תהליכים חולפים. מכיוון ש-Rotkr=I^2 *Rds (חוק ג'ול-לנץ, להזכירך), Rds צריך להיות לא יותר מ-55W/(46A)^2, כלומר. 26 mOhm - כפול ערך ה"דרכון". לכן, IRFP054N משתלב כמעט ללא מרווח. אבל ה-IRFI1010N וה-BUZ100 יתאימו באותו אופן (באופן טבעי ב-TO-220 ולא במארז SMD). אבל הטרנזיסטורים BTS131 עם Rds=0.06 Ohm יצטרכו להיות מותקנים עד 5-6 חלקים לכל זרוע, אבל גם דרישות הקירור עבור כל אחד מהם יופחתו משמעותית. זה משמש לעתים קרובות על ידי התקנת הסוללה של התקני MiniDIP או SMD ללא רדיאטורים כלל. כמובן, טרנזיסטורים מקבילים דורשים טכניקות מיוחדות של עיצוב מעגלים ופריסה של לוח, אבל עם הספק מוצא מעל 200-250W, פשוט אין עדיין פלט אחר. אני מפנה את הסקרנים למאמרו ההיסטורי של שיכמן ב"מאסטר 12 וולט" על עיצוב המגבר של לנצרוב

באשר לכוח המתפזר בחזיתות, זה כמעט לא תלוי ב-Rds - רק בזרם ובמשך החזית. בהחלט אפשר להתאים את זה ל-2-3 אחוז מהתקופה, ולסגור את הנושא לכל זרמים מותרים.

3. סיכום

אנו בוחרים טרנזיסטורים במתח נמוך (Vbrds = 55-100V) בחבילת TO-220, או אפילו טוב יותר TO-220 Fullpak, בהתבסס על התנגדות הערוץ של לוחית השם