Динамо-машины  Моделирование транзисторов 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 [ 15 ] 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Разницу в частотных характеристиках этих транзисторов зы \1ожете увидеть на рис.4.

К счастью для разработчиков значение энергии выключения Eof f, приводимое в справочных данных лучших производителей, учитывает наличие хвоста , что упрощает расчет потесь. С изготовителями транзисторов, которые не дают таких данных, мы бы не рекомендовали сзязыватося

Как может показаться из сказанного. MOSFET транзисторы имеют сплошные преимущества в области потерь переключения. Однакоэтодалеконетак Портит чартинутельный или внутренний (но не встроенный!) диод (body diode) полевого транзистора. Харак-еристики его обратного восстановления (заряд Qrr, время Тт) оказываются гораздо хуже, чем у специальных диодов с малым временем обратного восстановления, которые применяются в качестве ант/параллельных диодов в IGBT, Например, у транзистора IGR4PC40UD заряд обратного восстановления диода -Qrr=iCiOnC, а время обратного восстановления trr=50n5. Для транзистора IRF840LC те же параметры составляют Qrr=3uC, trr=500nsl Причем речь идет о полевом транзисторе с улучшенными частотными свойствами (LC - Low Charge).

К чему же это может привести? В полумостовых и мостовых схемах через открывающийся транзистор течет ток нагрузки (ограниченный, естественно, параметрами нагрузки) и ток обратного восстановления диода оппозитчого транзистора, ограниченный толэко характеристиками проводимости. На рис.5 показан ток коллектора транзистора, включающегося на индуктивную нагрузку в полумостовой схеме при условии быстрого (слева) и идеального (справа) оппозитного диода. Разница между левой и правой эпюрами показывает вклад процесса обратного восстановления в энер-ию включения.

Рис.5 Включение транзистора на индуктивную нагруэку в полумостовой схеме с быстрым диодом и идеальным диодом.

И этот вклад, как правило, учитывается в значении энергии включения Eon. Параметр Пт (максимальньй ток на индуктивной нагрузке) гарантирует, что транзистор способен коммутировать ток индуктивной нагрузки и при этом обеспечивать прямоугольную область безопасной работы (ОБР) в режиме тяжелого переключения, т.е. при высоком токе и напряжении одновременно. Конечно, все сказанное относится к лучшим производителям, таким как International Rectifier. SIEMENS, IXYS и некоторым другим. Наше мнение о не лучших производителях см. выше.

Большой заряд обратного восстановления тельных д/о-дов MOSFET приводит к большим потерям включения и токовым перегрузкам в полумостовых схемах. Для решения этой проблемы рекомендуется исключать диод включением двух быстрых диодов последовательно - параллельно. При этом, естественно, растут потери проводимоаи. С зарядом внутреннего диода тоже ведется технолоп/1ческая борьба и небезуспешно. В MOSFET 5 поколения производства International Rectifier заряд Qrr снижен в несколько раз. К сожалению, такие транзисторы выпускаются только на напряжение менее 100В.

Разработчика, имеющего дело с конкретны*ии схемами, прежде всего, интересуют не общие соображения, а конкретная методика выбора элемента. Далее мы постараемся дать рекомендации по такому выбору для некоторых типовых схем. Мы не будем рассматривать типы корпусов и вопросы технологии производства кристаллов, эта тема достаточно подробно освещена в статье Е. Дуплякина. Основой для выбора того или иного транзистора послужит сравнение суммарной мощности потерь.

2. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНЛАиИИ

Для корректного сравнения мы будем использовать транзисторы в тех режимах, где выбор представляет собой наибольшую проблему. Во всех схемах напряжение питания будет 310В, ток (пиковое значение) - 5-7А, чааота - 20кГщ 50кГц, скважность - 0,5 (для того, чтобы уравнять в правах потери проводимости и потери переключения), Rg=10W (импеданс схемы управления затвором).

Для сравнения выберем транзисторы, имеющие одинаковые кристаллы, корпуса и подходящие по предельным значениям указанным требованиям. Некоторые основные характеристики сравниваемых транзисторов приведены в табпицеЗ.

iGBTwm MOSFET? Практика выбора Таблица 3

Ubr - максимальное рабочее напряжение Imax - максимальный ток (коллектора или стока) Pd - максимальная рассеиваемая мощность Qg - суммарный заряд затвора

Qrr - за р яд об ратно го восстан овл ен и я а нти па рал лел ь н о -го диода

Rjc - тепловое сопротивление кристалл - корпус R laquo; - тепловое сопротивление корпус - теплосток Eon -энеогия включения ЕоН - энергия выключения Ets - суммарная энергия потерь

При расчете используются следующие формулы:

A. Мощность статических потерь транзистора MOSFET Р =ld*R *D

Id - среднее значение тока стока за период проводимости.

DSion) ~ сопротивление открытого канала D - коэффициент заполнения

B. Мощность статических потерь транзистора IGBT

P=lc*Uce*D

Ic - ток коллектора

Uce - напряжение насыщения

При этом расчете н?обходимо учитыаа-ь зависимость Uce=f (1с), проводимую в технических данных.

C. Мощность динамических потерь транзистора MOSFET без учета тока обратного восстановления оппозитного диода в режиме тяжелого переключения

P=(2*Us*id*Qg/lg)*F

Us - напряжение питания

Ток затвора Ig можно примерно определить, как отношение разности максимального напряжения на затворе Ugs и