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.
Усилители низкой частоты.
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.
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.
Новая серия МОП-транзисторов IRFP4xxx с ультранизким сопротивлением канала
22 декабря 2008
Отличительная особенность новой серии IRFP4xxx, производимой по новейшей технологии Trench HEXFET Power MOSFETs, — уменьшенное сопротивление Rds(on) до 2,5 раз по сравнению с транзисторами предыдущего поколения. Все они выпускаются в стандартном популярном корпусе TO-247AC, что позволяет существенно снизить стоимость готового устройства. Производитель рекомендует следующие области применения новых МОП-транзисторов:
- синхронные выпрямители телекоммуникационных и промышленных преобразователей энергии с напряжением шин питания до 80 В;
- мощные инверторы постоянного и переменного тока;
- источники бесперебойного питания (UPS);
- силовые O’Ring узлы (замена диодов Шоттки в мощных схемах ИЛИ для суммирования выходных токов);
- привод электроинструмента;
- промышленный привод постоянного тока с батарейным питанием от 12 до 80 В (электрокары, вилочные подъемники);
- силовая автоэлектроника — мощные DC/DC-преобразователи для сетей 14 В/42 В, инверторы стартер-генераторов и электромеханических усилителей руля;
- инверторы солнечных батарей.
Преимущества по отношению к предыдущим поколениям MOSFET
На рисунке 1 представлено сравнение Rds(on) новых транзисторов (выделены желтым цветом) и лучших приборов предыдущего поколения IR (выделены синим цветом).
Рис. 1. Сравнение Rds(on) транзисторов новой серии IRFP4xxx и приборов предыдущих
поколений
В таблицу 1 сведены для сопоставления основные параметры транзисторов, производимых по новейшей технологии, и некоторых предыдущих серий MOSFET в корпусе ТО-247АС.
Таблица 1. Параметры новых полевых транзисторов IRFP4xxx и транзисторов IR предыдущих поколений в корпусе TO-247AC
| Наименование | Vси, макс, В | Rds(on) макс., мОм, Vзи=10 В | Iстока, A, t° = 25°C | Iстока, A, t° = 100°C | Qg.*, тип., нКл | Qgd**, тип., нКл | Rth(JC)***, К/Вт | Мощ- ность, Вт, макс. (при t°=25°C) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| IRFP4004PBF (New) | 40 | 1,7 | 350**** | 250**** | 220 | 75 | 0,40 | 380 |
| IRFP044N | 55 | 20,0 | 53 | 37 | 40,7 | 16,0 | 1,5 | 100 |
| IRFP1405 | 55 | 5,3 | 160 | 110 | 120,0 | 53,3 | 0,49 | 310 |
| IRFP064N | 55 | 8,0 | 98 | 69 | 113,3 | 50,0 | 1,0 | 150 |
| IRFP054N | 55 | 12,0 | 72 | 51 | 86,7 | 35,3 | 1,2 | 130 |
| IRFP048N | 55 | 16,0 | 62 | 44 | 59,3 | 26,0 | 1,2 | 130 |
| IRFP064V | 60 | 5,5 | 130 | 95 | 173,3 | 62,7 | 0,60 | 250 |
| IRFP054V | 60 | 9,0 | 93 | 66 | 113,3 | 39,3 | 0,85 | 180 |
| IRFP3206PBF | 60 | 3,0 | 200 | 140 | 120,0 | 35,0 | 0,54 | 280 |
| IRFP3306PBF | 60 | 4,2 | 160 | 110 | 85,0 | 26,0 | 0,67 | 220 |
| IRFP2907Z | 75 | 4,5 | 170 | 120 | 180,0 | 65,0 | 0,49 | 310 |
| IRFP4368PBF (New) | 75 | 1,8 | 350**** | 250**** | 380,0 | 105,0 | 0,29 | 520 |
| IRFP3077PBF | 75 | 3,3 | 200 | 140 | 160,0 | 42,0 | 0,44 | 340 |
| IRFP2907 | 75 | 4,5 | 177 | 125 | 410,0 | 140,0 | 0,45 | 330 |
| IRFP4710 | 100 | 14,0 | 72 | 51 | 110,0 | 40,0 | 0,81 | 190 |
| IRFP4410ZPBF | 100 | 9,0 | 97 | 69 | 83,0 | 27,0 | 0,65 | 230 |
| IRFP150V | 100 | 24,0 | 46 | 32 | 86,7 | 28,7 | 1,1 | 140 |
| IRFP150N | 100 | 36,0 | 39 | 28 | 73,3 | 38,7 | 1,1 | 140 |
| IRFP140N | 100 | 52,0 | 27 | 19 | 62,7 | 28,7 | 1,6 | 94 |
| IRFP3710 | 100 | 25,0 | 51 | 36 | 66,7 | 17,3 | 0,83 | 180 |
| IRFP4310ZPBF | 100 | 6,0 | 134 | 95 | 120,0 | 35,0 | 0,54 | 280 |
| IRFP4468PBF (New) | 100 | 2,6 | 290**** | 200**** | 360,0 | 89,0 | 0,29 | 520 |
| IRFP4110PBF | 100 | 4,5 | 180 | 130 | 150,0 | 43,0 | 0,40 | 370 |
| IRFP3415 | 150 | 42,0 | 43 | 30 | 133,3 | 65,3 | 0,75 | 200 |
| IRFP4321PBF | 150 | 15,5 | 78 | 55 | 71,0 | 21,0 | 0,49 | 310 |
| IRFP4568PBF (New) | 150 | 5,9 | 171**** | 121**** | 151,0 | 55,0 | 0,29 | 517 |
| IRFP4227PBF | 200 | 25,0 | 65 | 46 | 70,0 | 23,0 | 0,45 | 330 |
| IRFP260N | 200 | 40,0 | 49 | 35 | 156,0 | 73,3 | 0,50 | 300 |
| IRFP4668PBF (New) | 200 | 9,7 | 130 | 92 | 161,0 | 52,0 | 0,29 | 520 |
| IRFP90N20D | 200 | 23,0 | 94 | 66 | 180,0 | 87,0 | 0,26 | 580 |
| IRFP250N | 200 | 75,0 | 30 | 21 | 82,0 | 38,0 | 0,70 | 214 |
| IRFP4332PBF | 250 | 33,0 | 57 | 40 | 99,0 | 35,0 | 0,42 | 360 |
| IRFP4229PBF | 250 | 46,0 | 44 | 31 | 72,0 | 26,0 | 0,49 | 310 |
| IRFP4232 | 250 | 35,7 | 60 | 42 | 160,0 | 60,0 | 0,35 | 430 |
| IRFP4242PBF | 300 | 59,0 | 46 | 33 | 165,0 | 61,0 | 0,35 | 430 |
| * Qg — Total Gate Charge — суммарный (полный) заряд затвора ** Qgd — Gate-to-Drain («Miller») Charge — заряд затвора, обусловленный эффектом Миллера *** Rth(JC) — тепловое сопротивление «переход-корпус» (Junction-to-Case), измеренное ри температуре около 90°С **** Максимальный ток, ограниченный кристаллом ток, ограниченный выводами корпуса, см. в документации производителя). | ||||||||
Необходимо обратить внимание на то, что новые транзисторы IRFP4004PBF, IRFP4368PBF, IRFP4468PBF, IRFP4568PBF имеют ограничение тока из-за сопротивления выводов корпуса ТО-247АС, а не из-за кристалла (кристалл способен на гораздо большее). При расчетах схем с этими транзисторами и сравнении с аналогичными приборами целесообразнее ориентироваться на сопротивление канала в открытом состоянии, не забывая об ограничении тока выводами корпуса ТО-247АС. В новой серии появился транзистор IRFP4004PBF с максимальным напряжением сток-исток 40 В (см. рисунок 1), обладающий рекордно низким сопротивлением Rds(on) 1,7 мОм (это максимальное значение, типовое значение обычно еще меньше). Однако за это приходится расплачиваться увеличением заряда затвора, что влечет за собой выбор драйверов MOSFET с большими выходными токами, короткими фронтами и малыми задержками, хотя выбор таких драйверов достаточно велик и обычно не вызывает никаких затруднений. Все новые транзисторы обладают очень низкими значениями теплового сопротивления переход-корпус, что позволяет более эффективно отводить тепло от кристалла. Нужно отметить, что пять новых транзисторов заменяют большое количество транзисторов предыдущего поколения International Rectifier (см. таблицу 1) и некоторые MOSFET известных фирм Fairchild, ST, IXYS (см. таблицы 2 и 3).
Таблица 2. Сравнение параметров новых транзисторов IR серии IRFP4xxx с аналогичными от других производителей
| Произво- дитель | Наименова- ние | Vси, макс., В | Rds(on) макс., мОм, Vзи= 10 В | Iстока, A, t°= 25°C | Qg.*, тип., нКл | Qgd**, тип., нКл | Rth(JC) *** К/Вт | Мощ- ность, Вт, макс. (при t°= 25°C) | Корпус | (Rds IR)/ (Rds другого произво- дителя) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| IR | IRFP4004PBF | 40 | 1,7 | 350**** | 220,0 | 75,0 | 0,40 | 380 | TO-247AC | |
| Fairchild | FDA8440 | 40 | 2,1 | 100 | 345 | 74 | 0,49 | 306 | TO-247AC | 0,81 |
| IR | IRFP4368PBF | 75 | 1,8 | 350**** | 380,0 | 105,0 | 0,29 | 520 | TO-247AC | |
| Fairchild | FD038AN08A1 | 75 | 3,5 | 80 | 125 | 0,33 | 450 | TO-247AC | 0,51 | |
| STM | STW220NF75 | 75 | 4,4 | 120 | 500 | 135 | 0,3 | 460 | TO-247AC | 0,4 |
| IR | IRFP4468PBF | 100 | 2,6 | 290**** | 360,0 | 89,0 | 0,29 | 520 | TO-247AC | |
| Fairchild | HUF75652G3 | 100 | 8 | 75 | 475 | 74 | 0,29 | 515 | TO-247AC | 0,32 |
| IXYS | IXTR200N10P | 100 | 8 | 120 | 235 | 0,5 | 300 | Super247 | 0,32 | |
| IXYS | IXFX250N10P | 100 | 6,5 | 250 | 205 | 0,12 | 1250 | Super247 | 0,31 | |
| IR | IRFP4568PBF | 150 | 5,9 | 171**** | 151,0 | 55,0 | 0,29 | 517 | TO-247AC | |
| Fairchild | HUF7588G3 | 150 | 16 | 75 | 480 | 66 | 0,3 | 500 | TO-247AC | 0,4 |
| IXYS | IXTQ120N15P | 150 | 16 | 120 | 150 | 0,25 | 600 | TO-3P | 0,35 | |
| IXYS | IXTQ150N15P | 150 | 13 | 150 | 190 | 0,21 | 714 | TO-3P | 0,45 | |
| IR | IRFP4668PBF | 200 | 9,7 | 130 | 161,0 | 52,0 | 0,29 | 520 | TO-247AC | |
| Fairchild | FQA65N20 | 200 | 32 | 65 | 200 | 75 | 0,4 | 310 | TO-3P | 0,3 |
| IXYS | IXTH96N20 | 200 | 24 | 96 | 145 | 0,25 | 600 | TO-247AC | 0,4 | |
| IXYS | IXTQ120N20 | 200 | 22 | 120 | 152 | 0,21 | 713 | TO-3P | 0,44 | |
| *, **, ***, **** — расшифровка приведена в таблице 1. | ||||||||||
Таблица 3. Рекомендуемые замены от IR для транзисторов с близкими параметрами других производителей
| Произво- дитель | Наименова- ние | Прямая замена от IR | Замена от IR с улучшением параметров | Возмож- ная замена от IR | Корпус других произво- дителей | Корпус IR | Внешний вид корпусов |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
 | FDA8440 | — | IRFP4004PBF | — | TO-3P | TO-247 |  |
| FDH038AN08A1 | — | IRFP4368PBF | — | TO-247 | TO-247 | ||
| HUF75653G3 | — | IRFP4468PBF | — | TO-247 | TO-247 | ||
| HUF75882G3 | — | IRFP4568PBF | — | TO-247 | TO-247 | ||
| FQA65N20 | — | IRFP4668PBF | — | TO-247 | TO-247 | ||
 | STW200NF75 | IRFP4368PBF | — | — | TO-247 | TO-247 |  |
 | IXTR200N10P | — | — | IRFP4468PBF | ISO247 | TO-247 |  |
| IXFX250N10P | — | — | IRFP4468PBF | PLUS247 | TO-247 | ||
| IXTQ120N15P | — | IRFP4568PBF | — | TO-3P | TO-247 | ||
| IXTQ150N15P | — | — | — | TO-3P | TO-247 | ||
| IXTH96N20 | IRFP4668PBF | — | — | TO-247 | TO-247 | ||
| IXTQ120N20 | — | IRFP4668PBF | — | TO-3P | TO-247 |
Сравнение новых Trench HEXFET Power MOSFETs с аналогами других производителей
Среди транзисторов с напряжением сток-исток 40 В прибор IRFP4004PBF не имеет аналогов. По сопротивлению канала с ним может конкурировать только транзистор IR в дорогом 7-выводном корпусе для поверхностного монтажа IRF2804S-7P. Самый близкий прибор от другого производителя — это FDA8440 с сопротивлением канала 2,1 мОм от компании Fairchild (параметры для сравнения приведены в таблице 2). В крайнем правом столбце таблицы 2 для всех транзисторов других производителей указано отношение сопротивлений Rds(on) близкого по параметрам транзистора IR к Rds(on) конкретного транзистора другого производителя. Все эти соотношения меньше 1, что говорит о том, что сопротивление канала транзисторов IR меньше или гораздо меньше аналогичного параметра приборов фирм Fairchild, ST и IXYS.
В диапазоне напряжений сток-исток 55…75 В бесспорным лидером является IRFP4368PBF. Сопротивление канала 1,8 мОм в сочетании с остальными параметрами обеспечивают ему большой отрыв от популярных IRFP044N, IRFP048N и IRFP064N (диапазон 55 В). 75-вольтовый новый транзистор IRFP4368PBF с успехом заменяет 60-вольтовые IRFP064V, IRFP054V, IRFP3206PBF, IRFP3306PBF и очень популярный 75-вольтовый IRFP2907Z. У нового транзистора IRFP4368PBF сопротивление канала снижено в 2,5 раза по сравнению с лучшим прибором IR предыдущего поколения IRFP2907Z. Ближайшие конкуренты для напряжения 75 В от компаний Fairchild — FD038AN08A1 и от компании ST — STW220NF75 имеют сопротивление канала 3,5 и 4,4 мОм соответственно (см. таблицу 2).
В диапазоне 100 В тон задает IRFP4468PBF c сопротивлением канала 2,6 мОм. 100-вольтовый транзистор IR предыдущего поколения IRFP4110PBF имеет Rds(on) 4,5 мОм, а ближайшие по параметрам 100-вольтовые HUF75652G3 (Fairchild) и IXTR200N100P (IXYS) — 8 мОм, а IXFX250N10P (IXYS) — 6,5 мОм. Однако последние два транзистора фирмы IXYS выпускаются в более дорогих корпусах Super247.
Диапазон 150 В. Здесь в большом отрыве IRFP4568PBF с сопротивлением канала 5,9 мОм. Среди догоняющих — 150-вольтовые HUF75882G3 компании Fairchild с Rds(on) 16 мОм, а также IXTQ120N15P и IXTQ150N15P компании IXYS с сопротивлениями канала 16 и 13 мОм соответственно. Справедливости ради нужно отметить, что транзисторы IXYS производятся в более дорогих корпусах ТО-3Р.
Наконец, мы подошли к диапазону 200 В. Здесь самый сильный игрок — новый транзистор IRFP4668PBF с сопротивлением канала 9,7 мОм, что для 200-вольтовых приборов является эталонным показателем при таком напряжении. Ближайшие транзисторы этого класса FQA65N20 (Fairchild) имеют Rds(on) 32 мОм, а IXTH96N20 и IXTQ120N20 компании IXYS — 24 и 22 мОм соответственно. Однако кристаллы FQA65N20 и IXTQ120N20 упакованы в более дорогие корпуса ТО-3Р, что дает дополнительное преимущество транзистору IRFP4668PBF. 200-вольтовые транзисторы предназначены для работы в телекоммуникационных источниках питания с шиной с постоянным напряжением до 80 В.
В таблице 3 приведены рекомендуемые замены от International Rectifier для МОП-транзисторов компаний Fairchild, ST, IXYS.
В некоторых случаях один новый МОП-транзистор IR может заменить до трех параллельно включенных транзисторов IR предыдущих поколений в диапазоне 100…200 В. Кроме того, при параллельном соединении транзисторов добавляются сопротивления соединительных проводников, которые при токах десятки и сотни Ампер могут существенно ухудшать статические и динамические параметры эквивалентного транзистора. Цена одного нового транзистора меньше стоимости трех параллельно включенных приборов предшествующих поколений. При этом можно уменьшить размер радиатора и снизить температуру в блоке. Следует учесть, что при снижении температуры в блоке на 10 процентов срок службы электролитических конденсаторов удваивается. Как известно, именно электролитические конденсаторы в большинстве случаев определяют время безотказной работы силового преобразователя.
Графические зависимости основных параметров 40-вольтового IRFP4004PBF
На рисунке 2 приведены зависимости сопротивления канала в открытом состоянии (максимальное значение при Uзи = 10 В) от температуры перехода и полного заряда затвора Qg от напряжения Uзи для транзистора IRFP4004PBF.
Рис. 2. Зависимости Rds(on) от температуры перехода, заряда затвора от напряжения затвор-исток для транзистора IRFP4004PBF
Новейшая технология Trench HEXFET обеспечивает низкий рост сопротивления открытого канала от температуры перехода. Новые транзисторы серии IRFPxxx обеспечивают высокие динамические характеристики при низкой мощности управления, устойчивость к лавинному пробою и надежную работу в режимах жесткого переключения в широком диапазоне частот.
На рисунке 3 приведены выходные характеристики IRFP4004PBF (графики снимались при длительности импульсов менее 60 мкс и температурах перехода 25°С и 175°С).
Рис. 3. Выходные характеристики IRFP4004PBF при длительности импульса менее 60 мкс
Нижние кривые иллюстрируют работу транзистора при управляющем напряжении 4,5 В, что близко к логическим уровням цифровых микросхем с питанием от 5 В.
На рисунке 4 иллюстрируется зависимость максимально допустимых токов транзистора IRFP4004PBF от температуры корпуса, ограниченных кристаллом и выводами корпуса транзистора.
Рис. 4. Максимальные токи IRFP4004PBF, ограниченные кристаллом и выводами
корпуса TO-247AC
К сожалению, полностью реализовать потенциал кристалла транзистора IRFP4004PBF в корпусе ТО-247АС невозможно (для этого нужен более мощный корпус), однако и корпус ТО-247АС ограничивает ток для IRFP4004PBF на уровне 195 А (режимы измерения см. в документации производителя), что является очень высоким показателем для приборов такого класса.
Главные преимущества новых МОП-транзисторов IR — ультранизкое сопротивление открытого канала и недорогой стандартный корпус ТО-247АС. При модернизации серийно выпускаемых преобразователей энергии в большинстве случаев достаточно без изменения схемы и печатной платы заменить используемые ранее транзисторы на новые из серии IRFP4xxx. При замене нескольких параллельно включенных транзисторов на один новый получается ощутимый выигрыш в цене и надежности за счет снижения выделяемого тепла и увеличения срока службы электролитических конденсаторов. Всего пять новых транзисторов могут заменить большое количество транзисторов IR предыдущих поколений и довольно большое количество аналогичных приборов других производителей (см. таблицы 1, 2 и 3 данной статьи). В статье рассмотрены транзисторы только наиболее популярных мировых производителей MOSFET, хорошо известных нашим разработчикам, но, конечно, читатель может попробовать заменить и транзисторы от производителей, не рассмотренных выше.
Ответственный за направление в КОМПЭЛе — Людмила Горева