Pilihan transistor MIS untuk penukar voltan kereta ULF. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik / Penukar voltan, penerus, penyongsang

 Komen artikel

1. Belajar membaca sumber primer

"Dari semua parameter transistor MIS, yang paling penting bagi kami ialah rintangan saluran terbuka." Klausmobile

Betul, tetapi ia bukan satu-satunya. Mari ambil dokumentasi untuk transistor kuasa (katakan, IRFP054N) dan pisahkan sekeping demi sekeping. Dan sepanjang perjalanan, kami akan menetapkan keutamaan - apa yang penting dan apa yang tidak. Saya akan nyatakan dengan segera bahawa berdasarkan tiga parameter utama - Rd rintangan saluran, voltan operasi sumber saliran maksimum Vbrds dan Id semasa saluran, kesimpulan boleh dibuat, tetapi dinasihatkan untuk beroperasi dengan set data yang lengkap. Jika hanya kerana parameter maksimum yang dibenarkan pada +25C dijamin untuk membunuh peranti pada 100C. Dan, sebagai tambahan, data had seperti yang ditafsirkan oleh pengeluar yang berbeza tidak selalu dapat dibandingkan.

Jadi, mari kita baca dokumen itu

Tinggi Mutlak

Arus saliran malar pada Vgs=10V: Id=81A pada 25C, Id=57A pada 100C. Dan nota itu berkata - "Dikira berdasarkan rintangan haba maksimum (ideal) kes itu." Oleh itu, ia tidak dapat dicapai dalam kehidupan sebenar. Kami akan menentukan sendiri arus pengehad berdasarkan kuasa terma yang munasabah, kitaran tugas nadi dan rintangan saluran.

Arus longkang nadi Id=290A (dengan tempahan yang serupa). Hebat, tetapi sama tidak boleh diakses.

Kuasa terma hilang pada 25C Pmax=170W dan pekali penurunan suhu LDF(Pmax)=-1.1W/C. Kedua-dua parameter ini sentiasa hidup tidak dapat dipisahkan. Lagipun, apabila kristal dipanaskan kepada 125C (ini adalah perkara biasa), kuasa maksimum yang dibenarkan dikurangkan kepada 170-1.1*(125-25)=60W. Ini ialah 60 W, dan dengan rizab - 50 W, dan kami akan fokus buat masa ini.

Had voltan sumber pintu (Vgs) - +/-20V. Cukup selamat untuk rangkaian 12V.

Rintangan haba

PN simpang-perumah - Rjc=0.9 C/W. Ini bermakna dengan kehilangan haba 50W, suhu kawasan kerja kristal akan menjadi 0.9 * 50 = 45 darjah lebih tinggi daripada suhu badan transistor (yang seterusnya kurang daripada suhu purata radiator) .

Perumahan radiator, permukaan rata dengan gris silikon - Rcs=0.24 C/W. Itu. 60W akan memberikan kehilangan haba sebanyak 12C lagi. Dengan gasket mika ia akan menjadi lebih teruk. Satu lagi hujah yang memihak kepada transistor terpencil sepenuhnya. Malangnya, masih ada sedikit daripada mereka dan anjing sangat berharga...

PN peralihan-udara (jika tiada radiator) - Rja=40C/W. Apa yang sepatutnya dibuktikan ialah tanpa radiator peranti itu tidak berguna.

Parameter elektrik (pada 25C di persimpangan pn)

Parameter gila. Dengan mengambil kira perkara di atas, 25C di persimpangan hanya boleh berada dalam musim sejuk yang sangat sejuk. Oleh itu, pergantungan suhu semua parameter adalah sangat penting. Alhamdulillah, IR tidak berbohong dan bercakap tentang mereka secara jujur.

Voltan pecahan saluran tertutup ialah Vbrds=55V (Vgs=0V, arus ambang saluran 250μA) dan pekali penurunan suhu LDF(Pmax)=-0.06W/C. Itu. pada 125C Vbrds akan turun kepada 49V. Dua kesimpulan yang baik. Pertama, ayunan voltan pada longkang adalah sama dengan dua voltan bekalan (iaitu 30V maks) ditambah dengan ayunan yang tidak dapat dielakkan apabila menukar (tambah 10V lagi) - sejumlah 40V, yang jelas sesuai dengan norma. Kedua, jika 250 µA sudah agak besar dan dianggap sebagai arus "pecah", maka arus kebocoran normal transistor tertutup adalah bahkan urutan magnitud yang lebih rendah (25 µA pada 25C dan Vds = 55V, tetapi 250 µA pada 150C) . Dan sudah tentu tidak perlu mencabutnya (penukar) daripada bateri dalam kedudukan tidak berfungsi.

Rintangan saluran terbuka pada Id=43A dan Vgs=10V: Rds=12mOhm (miliOhm). Rintangan yang baik. Kristal tunggal terbaik dalam hal ini, IRFP064N, mempunyai 6.4 mOhm (ia adalah rintangan terendah pada tahun 1999. Perubahan masa - 2002...). Kurang - hanya untuk modul berbilang cip. Dan bagaimana ia berkelakuan dengan peningkatan suhu ditunjukkan dalam graf 4. Apabila suhu turun kepada -40C, rintangan berkurangan sebanyak 25%. Pada 100C - meningkat sebanyak 40%. Pada 175C ia berganda. Oleh itu, dalam pengiraan selanjutnya saya sentiasa beroperasi dengan dua kali ganda rintangan "dinilai".

Voltan ambang pintu Vgsth=2.0..4.0V pada Id=250μA. Graf 3 menunjukkan pergantungan suhu bagi ciri pemindahan. Jelas daripadanya bahawa 8V cukup untuk menjamin pembukaan penuh saluran. "Dan segala-galanya tidak penting bagi saya."

Arus kebocoran pintu IGSS=100nA tidak menarik bagi kami.

Jumlah cas gerbang ialah 130nC pada Vgs=10V, Vds=43V. Parameter ini mentakrifkan keperluan untuk litar pencetus (pemandu pintu). Untuk pengiraan anggaran litar sedemikian, lihat bahan mengenai penggunaan IC TL494 di tapak web saya. Secara tidak langsung, ia juga menentukan keselamatan terma transistor, kerana bahagian utama haba dibebaskan dengan tepat dalam proses sementara. Dan graf 6 menunjukkan pergantungannya pada voltan get. Ia boleh dilihat bahawa, pertama, "kapasiti" pintu adalah tidak linear, dan kedua, caj yang diperlukan untuk membuka dan menutup saluran dengan bekalan 12V tidak akan sama. Dan kedua, ia boleh dikatakan bebas daripada voltan bekalan pada saluran.

Kelewatan masa hidup dan matikan semuanya mempunyai kelewatan tidak lebih daripada 66 ns, yang sesuai dengan kita.

Tangki input dan output - kita telah pun bercakap tentang tangki input. Output menentukan resonans litar saliran, yang dirawat oleh peredam RC. Walau bagaimanapun, berbanding dengan pengayun yang dihasilkan oleh beban itu sendiri (transformer-rectifier), ia tidak serius.

Parameter Diod Roda Bebas kami tidak berminat.

Berapakah jumlahnya?

2. Kira dengan jari

saya mengada-ada tanda yang mudah (dalam Excel 98), di mana anda boleh menilai keadaan terma dan kecekapan litar utama penukar - i.e. kerugian pada suis dan belitan utama. Kerugian dibentangkan sebagai jumlah kerugian keadaan terbuka (lihat perenggan di atas) dan keadaan peralihan.

Kerugian pada keadaan adalah berkadar dengan kuasa dua arus input (iaitu, kuasa dua penggunaan kuasa), kerugian sementara adalah berkadar linear dengan arus input (kuasa). Ia boleh dilihat bahawa kerugian sementara mendominasi pada kuasa rendah; pada kuasa tinggi, kerugian dalam rintangan saluran terbuka meningkat dan secara mendadak mengurangkan kecekapan litar primer. Pada masa yang sama, kehilangan haba agak rendah. Itu. memilih transistor dalam pakej TO-247 atau TO-3 besar yang mahal adalah tidak wajar - pakej TO-220 yang lebih kecil tidak akan memberikan keadaan terma yang lebih teruk. Bagi kecekapan penyingkiran haba dan kebolehpercayaan reka bentuk, penulis memihak kepada TO-220 terlindung sepenuhnya (contohnya, IRFI1010N).

Jadi bagaimana kita memilih transistor untuk penguat dengan kuasa output Ru=200W? Mari kita tetapkan kerugian maksimum - 12.5% ​​​​dalam keadaan terbuka, 7.5% dalam keadaan sementara, ini hanya dalam litar utama pada kuasa maksimum. Dengan mengandaikan kecekapan litar sekunder 13%, kami mempunyai kecekapan keseluruhan sebanyak 67%. Dengan mengandaikan kecekapan penguat itu sendiri juga 67% pada kuasa penuh Pу (katakan 200 W), kita mempunyai Pin = 2.2 Py = 440 W. Dalam kes ini, arus input purata Iin = 440W / 12V = 37A, dan arus suis terbuka dengan jumlah kitaran tugas sebanyak 80% ialah 37A/0.8 = 46A. Kerugian tidak boleh melebihi 55W dalam keadaan terbuka dan 33W semasa proses sementara. Oleh kerana Rotkr=I^2 *Rds (undang-undang Joule-Lenz, biar saya ingatkan anda), Rds hendaklah tidak lebih daripada 55W/(46A)^2 i.e. 26 mOhm - dua kali ganda nilai "pasport". Oleh itu, IRFP054N sesuai dengan hampir tiada margin. Tetapi IRFI1010N dan BUZ100 akan sesuai dengan cara yang sama (secara semula jadi dalam TO-220 dan bukan kes SMD). Tetapi transistor BTS131 dengan Rds=0.06 Ohm perlu dipasang sebanyak 5-6 keping setiap lengan, tetapi keperluan penyejukan untuk setiap satu juga akan dikurangkan dengan ketara. Ini sering digunakan dengan memasang bateri peranti MiniDIP atau SMD tanpa radiator sama sekali. Sudah tentu, transistor selari memerlukan teknik reka bentuk litar khas dan susun atur papan, tetapi dengan kuasa keluaran melebihi 200-250W, tiada lagi keluaran lain. Saya merujuk yang ingin tahu kepada artikel sejarah Shikhman dalam "Master 12 Volt" mengenai reka bentuk penguat Lantsarov

Bagi kuasa yang hilang di bahagian hadapan, ia boleh dikatakan tidak bergantung pada Rds - hanya pada arus dan tempoh hadapan. Ia agak mungkin untuk memasukkannya ke dalam 2-3 peratus tempoh, dan menutup isu untuk sebarang arus yang dibenarkan.

3. Ringkasan

Kami memilih transistor voltan rendah (Vbrds = 55-100V) dalam pakej TO-220, atau lebih baik TO-220 Fullpak, berdasarkan rintangan saluran papan nama