Поиск лучшего коммутатора: новый высокомощный полевой транзистор от ON Semiconductor
MOSFET - это, конечно, не новая технология, но постоянное повышение производительности заставляет вас следить за новыми выпусками.
В ранее опубликованной статье о мощных транзисторах автор делает отличный вывод о современных транзисторах: они в основном используются в качестве коммутаторов даже в таких приложениях, как аудио. Основная причина этого - рассеивание мощности. Энергоэффективность часто является критическим требованием к проектированию, и, когда дело доходит до эффективности, линейная эксплуатация просто не может конкурировать с управлением вкл / выкл (точнее, с импульсной модуляцией).
Принимая во внимание это предпочтение для ступеней питания на основе коммутаторов, имеет смысл, что полупроводниковые компании будут стремиться улучшать работу, связанную с переключением новых полевых транзисторов. Каковы некоторые соответствующие характеристики "// www.allaboutcircuits.com/technical-articles/understanding-mosfet-on-state-drain-to-source-resistance/" target = "_ blank"> сопротивление на месте.
Это относится к сопротивлению канала, когда полевой транзистор находится в зоне триода (поскольку в работе переключателя используются обрезание и триод, а не насыщение). И я предполагаю, что производители полупроводников сосредоточены на снижении минимального сопротивления в состоянии, а не на сопротивлении состояния, в меньшей степени зависящем от напряжения затвора к источнику питания, поскольку микросхемы с затвором зарядного насоса легко доступны.
Еще одна проблема - это заряд затвора. Включение и выключение FET означает повышение и понижение напряжения затвор-источник, и вы не можете поднимать и опускать напряжение без зарядки и разряда затвора (который по существу является конденсатором). Таким образом, спецификация нижнего заряда затвора соответствует более быстрому переключению. («Заряд затвора» определяется как сумма заряда, необходимая для приведения напряжения затвора к источнику питания от нуля до напряжения схемы управления затвором.)
Диаграмма взята из таблицы FCPF099N65S3
д / дт
Несколько менее простая проблема называется «dV / dt rating». Как следует из названия, в этом случае мы имеем дело со скоростью изменения напряжения, а не просто величиной напряжения.
Оказывается, что высокое событие dV / dt на выводе стока может привести к нестандартному режиму проводимости; эта проводимость включает в себя паразитный биполярный транзистор, который существует в структуре FET, как указано на следующей диаграмме:
Диаграмма, взятая из этой записки приложения от ON Semiconductor
В тяжелых случаях эта нестандартная проводимость может фактически приводить к рассеиванию мощности, достаточной для уничтожения полевого транзистора.
Только для записи мы говорим о каком-то серьезном dV / dt здесь, по крайней мере, с устройствами, которые предназначены для противодействия такого рода стрессам. Например, FCPF099N65S3 от ON Semi указывает максимальный dV / dt 100 V / ns. Мне очень сложно представить любой сигнал, изменяющийся на 100 В за одну наносекунду, хотя при переключении индуктивных нагрузок происходят дикие вещи.
Однако ситуация dV / dt немного сложнее, потому что существуют различные типы dV / dt-сбоев. Индуктивное переключение, по-видимому, больше связано с «динамическим dV / dt», тогда как приведенное выше описание основано на «статическом dV / dt». Дополнительную информацию вы можете найти в этом примечании к приложению.
Диод тела
Третий тип отказа dV / dt связан с внутренним диодом FET. Как вы знаете, индуктивные нагрузки требуют обратных диодов для обеспечения безопасного тока для индуктивного разряда. Но всегда приятно устранять компонент, когда это возможно, и это заставляет нас думать о том, что диод так удобно интегрирован в полевой транзистор.,,, Я лично никогда не полагаюсь на диод тела, когда дело доходит до flyback, но, по-видимому, это приемлемая проектная практика в некоторых случаях:
На этой диаграмме, взятой из примечания о приложении ON Semi, показана схема, в которой диоды корпуса FET используются в качестве обратных диодов
Высокий dV / dt может вызвать «чрезмерное извлечение диода», что относится к довольно сложной серии событий, которая приводит к активации упомянутого выше паразитного биполярного транзистора. Я не знаю, всегда ли это так, но с FCPF099N65S3 максимальное восстановление диода dV / dt ниже максимального «MOSFET» (т. Е. Недиодного восстановления) dV / dt: первый - 20 В / ns, а последний - 100 В / нс. Это все еще чрезвычайно высокие значения dV / dt, но хорошо знать, что устройство может быть более чувствительным к диоду-восстановлению dV / dt, чем к типичному статическому dV / dt.
Я думаю, что многие из нас имеют ограниченный опыт работы с действительно мощными коммутационными схемами на базе FET. В игру вступают различные тонкости, а не только заряд затвора и номинальные значения dV / dt, но также и температурные эффекты, такие как повышение температуры в сопротивлении на входе или уменьшение максимального тока утечки. Если у вас есть полезная информация по этой теме, не стесняйтесь делиться ими в комментариях.