Минимальное напряжение открытия полевого транзистора

Параметры MOSFET транзисторов

Основные параметры мощных транзисторов

Технологические возможности и успехи в разработке мощных полевых транзисторов привели к тому, что в настоящее время не составляет особого труда приобрести их за приемлемую цену.

В связи с этим возрос интерес радиолюбителей к применению таких MOSFET транзисторов в своих электронных самоделках и проектах.

Стоит отметить тот факт, что MOSFET’ы существенно отличаются от своих биполярных собратьев, как по параметрам, так и своему устройству.

Пришло время ближе познакомиться с устройством и параметрами мощных MOSFET транзисторов, чтобы в случае необходимости более осознанно подобрать аналог для конкретного экземпляра, а также иметь возможность понимать суть тех или иных величин, указанных в даташите.

Что такое HEXFET транзистор?

В семействе полевых транзисторов есть отдельная группа мощных полупроводниковых приборов называемых HEXFET. Их принцип работы основан на весьма оригинальном техническом решении. Их структура представляет собой несколько тысяч МОП ячеек включенных параллельно.

Ячеистые структуры образуют шестиугольник. Из-за шестиугольной или по-другому гексагональной структуры данный тип мощных МОП-транзисторов и называют HEXFET. Первые три буквы этой аббревиатуры взяты от английского слова hexagonal – «гексагональный».

Под многократным увеличением кристалл мощного HEXFET транзистора выглядит вот так.

Как видим, он имеет шестиугольную структуру.

Получается, что мощный MOSFET, по сути представляет собой эдакую супер-микросхему, в которой объединены тысячи отдельных простейших полевых транзисторов. В совокупности они создают один мощный транзистор, который может пропускать через себя большой ток и при этом практически не оказывать значительного сопротивления.

Благодаря особой структуре и технологии изготовления HEXFET, сопротивление их канала RDS(on) удалось заметно снизить. Это позволило решить проблему коммутации токов в несколько десятков ампер при напряжении до 1000 вольт.

Вот только небольшая область применения мощных HEXFET транзисторов:

Схемы коммутации электропитания.

Системы управления электродвигателями.

Ключи для управления мощными нагрузками.

Несмотря на то, что мосфеты, изготовленные по технологии HEXFET (параллельных каналов) обладают сравнительно небольшим сопротивлением открытого канала, сфера применения их ограничена, и они применяются в основном в высокочастотных сильноточных схемах. В высоковольтной силовой электронике предпочтение порой отдают схемам на основе IGBT.


Транзисторы HEXFET марки IRLZ44ZS

Изображение MOSFET транзистора на принципиальной электрической схеме (N-канальный МОП).

Как и биполярные транзисторы, полевые структуры могут быть прямой проводимости или обратной. То есть с P-каналом или N-каналом. Выводы обозначаются следующим образом:

О том, как обозначаются полевые транзисторы разных типов на принципиальных схемах можно узнать на этой странице.

Основные параметры полевых транзисторов.

Вся совокупность параметров MOSFET может потребоваться только разработчикам сложной электронной аппаратуры и в даташите (справочном листе), как правило, не указывается. Достаточно знать основные параметры:

VDSS (Drain-to-Source Voltage) – напряжение между стоком и истоком. Это, как правило, напряжение питания вашей схемы. При подборе транзистора всегда необходимо помнить о 20% запасе.

ID (Continuous Drain Current) – ток стока или непрерывный ток стока. Всегда указывается при постоянной величине напряжения затвор-исток (например, VGS=10V). В даташите, как правило, указывается максимально возможный ток.

RDS(on) (Static Drain-to-Source On-Resistance) – сопротивление сток-исток открытого канала. При увеличении температуры кристалла сопротивление открытого канала увеличивается. Это легко увидеть на графике, взятом из даташита одного из мощных HEXFET транзисторов. Чем меньше сопротивление открытого канала (RDS(on)), тем лучше мосфет. Он меньше греется.

Читайте также:  Из за чего скачет напряжение у газели

PD (Power Dissipation) – мощность транзистора в ваттах. По-иному этот параметр ещё называют мощностью рассеяния. В даташите на конкретное изделие величина данного параметра указывается для определённой температуры кристалла.

VGS (Gate-to-Source Voltage) – напряжение насыщения затвор-исток. Это напряжение, при превышении которого увеличения тока через канал не происходит. По сути, это максимальное напряжение между затвором и истоком.

VGS(th) (Gate Threshold Voltage) – пороговое напряжение включения транзистора. Это напряжение, при котором происходит открытие проводящего канала и он начинает пропускать ток между выводами истока и стока. Если между выводами затвора и истока приложить напряжение меньше VGS(th), то транзистор будет закрыт.

На графике видно, как уменьшается пороговое напряжение VGS(th) при увеличении температуры кристалла транзистора. При температуре 175°C оно составляет около 1 вольта, а при температуре 0°C около 2,4 вольт. Поэтому в даташите, как правило, указывается минимальное (min.) и максимальное (max.) пороговое напряжение.

Рассмотрим основные параметры мощного полевого HEXFET-транзистора на примере IRLZ44ZS фирмы International Rectifier. Несмотря на впечатляющие характеристики, он имеет малогабаритный корпус D 2 PAK для поверхностного монтажа. Глянем в datasheet и оценим параметры этого изделия.

Предельное напряжение сток-исток (VDSS): 55 Вольт.

Максимальный ток стока (ID): 51 Ампер.

Предельное напряжение затвор-исток (VGS): 16 Вольт.

Сопротивление сток-исток открытого канала (RDS(on)): 13,5 мОм.

Максимальная мощность (PD): 80 Ватт.

Сопротивление открытого канала IRLZ44ZS составляет всего лишь 13,5 миллиОм (0,0135 Ом)!

Взглянем на «кусочек» из таблицы, где указаны максимальные параметры.

Хорошо видно, как при неизменном напряжении на затворе, но при повышении температуры уменьшается ток (с 51A (при t=25°C) до 36А (при t=100°C)). Мощность при температуре корпуса 25°C равна 80 Ваттам. Так же указаны некоторые параметры в импульсном режиме.

Транзисторы MOSFET обладают большим быстродействием, но у них есть один существенный недостаток – большая ёмкость затвора. В документах входная ёмкость затвора обозначается как Ciss (Input Capacitance).

На что влияет ёмкость затвора? Она в большой степени влияет на определённые свойства полевых транзисторов. Поскольку входная ёмкость достаточно велика, и может достигать десятков пикофарад, применение полевых транзисторов в цепях высокой частоты ограничивается.

В схемах переключения время заряда паразитной входной ёмкости транзистора влияет на скорость его срабатывания.

Важные особенности MOSFET транзисторов.

Очень важно при работе с полевыми транзисторами, особенно с изолированным затвором, помнить, что они “смертельно” боятся статического электричества. Впаивать их в схему можно только предварительно закоротив выводы между собой тонкой проволокой.

При хранении все выводы МОП-транзистора лучше закоротить с помощью обычной алюминиевой фольги. Это уменьшит риск пробоя затвора статическим электричеством. При монтаже его на печатную плату лучше использовать паяльную станцию, а не обычный электрический паяльник.

Дело в том, что обычный электрический паяльник не имеет защиты от статического электричества и не «развязан» от электросети через трансформатор. На его медном жале всегда присутствуют электромагнитные «наводки» из электросети.

Любой всплеск напряжения в электросети может повредить паяемый элемент. Поэтому, впаивая полевой транзистор в схему электрическим паяльником, мы рискуем повредить MOSFET-транзистор.

Читайте также:  Схема щита для частного дома 220 в с реле напряжения

Источник

Минимальное напряжение открытия полевого транзистора

Вобщем сабж. Микросхема переключает ключи на полевичках, которые управляют обмотками BLDC мотора. Полевички взяты с запасом, но стоит нагрузить мотор хотя бы до 8А и транзисторы за 10 сек раскочегариваются градусов до 80ти (стоят правда без радиатора) причем на холостых (2а) еле теплые.
Грешу на то что микруха не может полностью открыть мосфеты и при бОльших токах за счет сопротивления недооткрытого канала выделяется слишком много тепла.
ПС 20А авиамодельный регулятор тоже без теплоотвода держит эти самые 8а не негреваясь вообще, так что врядли в радиаторе дело

Вобщем как по даташиту узнать, при каком напряжениии транзистор будет полностью открыт? Макс напряжение И-З ?

Друг Кота

Карма: 16
Рейтинг сообщений: 111
Зарегистрирован: Чт сен 20, 2007 14:08:00
Сообщений: 10384
Рейтинг сообщения: 0

зависит от скорости открытия и закрытия
с напряжением может быть все нормально, а вот скорость работы транзисторов не очень или сопротивление внутренних ключей в мелкасхеме слишком большое для емкости твоих транзисторов

VGS (Gate-to-Source Voltage) – напряжение насыщения затвор-исток. Это напряжение, при превышении которого увеличения тока через канал не происходит. По сути, это максимальное напряжение между затвором и истоком.

VGS(th) (Gate Threshold Voltage) – пороговое напряжение включения транзистора. Это напряжение, при котором происходит открытие проводящего канала транзистора и он начинает пропускать ток между выводами истока и стока. Если между выводами затвора и истока приложить напряжение меньше VGS(th), то транзистор будет

_________________
тематические ответы только в форуме, в приват не пишите

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой!

Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc

Друг Кота

Карма: 121
Рейтинг сообщений: 2207
Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02
Сообщений: 17450
Откуда: Московская область
Рейтинг сообщения: 0

Напряжение «полного» открывания МОСФЕТа в даташите не приводится.
Зато приводится сопротивление канала ПРИ ОПРЕДЕЛЕННОМ напряжении затвор-исток.
Вот это самое напряжение и является тем самым напряжением «полного» открывания.
Ну а динамические потери ключей зависят от тока, который способен выдать драйвер затворов, полного заряда затвора МОСФЕТА и частоты коммутации.

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Родился

Зарегистрирован: Пт авг 14, 2015 23:14:05
Сообщений: 18
Рейтинг сообщения: 0

Напряжение «полного» открывания МОСФЕТа в даташите не приводится.
Зато приводится сопротивление канала ПРИ ОПРЕДЕЛЕННОМ напряжении затвор-исток.
Вот это самое напряжение и является тем самым напряжением «полного» открывания.
Ну а динамические потери ключей зависят от тока, который способен выдать драйвер затворов, полного заряда затвора МОСФЕТА и частоты коммутации.

Ну вроде считал (щас форумулу искать не буду) и при частоте коммутации в 10кГц средняя емкость используемых полевичков в 1500пФ вполне успевала и заряжаться и разряжаться.

Ладно, считаете есть смысл поднапрячься и заказать «логик» мосфеты (которые и ставят в регули с микроконтроллером) и у которых напряжение заряда затвора пониже? Или не поможет ибо на таких высоких частотах коммутации драйверы моей ИС не успевают заряжать/разряжать затворы полевичков?
Просто когда в свое время лопатил интернет то натолкнулся на инфу что если мосфет на 2-4В начинает открываться то 6ти должно хватить для полного открытия.

И да, кстати, судя по даташиту получаем это:
RDS(on) Static Drain-to-Source On-Resistance 0.117 Ω, VGS = -10V,
Питал все от 11В, на завторах было -8, но тем не менее при токах 8А мосфетики делали печечку мгновенно. это при нагрузках, когда частота коммутации была знааааачительно ниже чем на холостых. Так что если бы ИС не успевала заряжать затворы то на холостых проблема встала бы еще ярче. ну или как минимум так же (ток на холостых в 3 раза меньше)

Построение источников бесперебойного питания с двойным преобразованием, широко используемых в современных хранилищах данных, на базе карбид-кремниевых MOSFETs производства Wolfspeed позволяет уменьшить мощность потерь в них до 40%, а также значительно снизить занимаемый ими объем и стоимость комплектующих.

Читайте также:  Регулятор напряжения ваз 2110 распиновка
Друг Кота

Карма: 121
Рейтинг сообщений: 2207
Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02
Сообщений: 17450
Откуда: Московская область
Рейтинг сообщения: 3

Компэл объявляет о значительном расширении складского ассортимента продукции Connfly. Универсальные коммутирующие компоненты, соединители и держатели Connfly сочетают соответствие стандарту ISO9001:2008, высокую доступность и простоту использования. На текущий момент на складе Компэл – более 300 востребованных на рынке товарных наименований с гибкой ценовой политикой.

Родился

Зарегистрирован: Пт авг 14, 2015 23:14:05
Сообщений: 18
Рейтинг сообщения: 0

А вот за этот пост большое спасибо, разжевано отлично. Значит буду пересчитывать цепи опять.

Друг Кота

Карма: 121
Рейтинг сообщений: 2207
Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02
Сообщений: 17450
Откуда: Московская область
Рейтинг сообщения: 0

Родился

Зарегистрирован: Пт авг 14, 2015 23:14:05
Сообщений: 18
Рейтинг сообщения: 0

Подумываю подобрать транзисторы с корпусом поменьше, Dpak или паучки, и запараллелить. По приведеным вами формулам теплового режима лучше поставить 4 маленьких транзистора по 5А чем один здоровый на 20, ибо в 4 раза ниже ток это в 16 раз меньше t (правда и емкость затвора в 4 раза больше) То-то я думал почему в регуляторах авиамоделей стоят по три мосфета вместо одного (но там же как-то их открывают, 2-3 в параллель). Ток размеры платы ограничивают. 25Х80 надо все это втиснуть

10мА это я так понимаю питание самой микросхемы, которое Vp. Ограничение тока 100-150-200мА, берем среднее, учитывая что в каждый момент включены только 2 фазы из трех можно прикинуть что где-то 100мА драйвер каждой фазы и выдаст (ну это если дядюшка Ляо не экономил)

А насчет бюджетности. надо запускать 3фазный BLDC с токами потребления до 30А, ну до 20 хотябы, учитывая что он будет работать пару минут всего. выпускаемые промышленностью контроллеры все «програмабли» как я их называю. одной кнопкой включить/выключить- проблема. так что дешевле и проще вариант чем такой я пока не нашел. в программировании не силен и сделать прошивочку для микроконтроллера, который бы, как в заводских регулях, управлял ток н-каналами, я в ближайшее время точно не осилю, а готовенькой в интернетах не нашел

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 10

Источник

Оцените статью
Adblock
detector