電界効果トランジスタのパラメータ：データシートに記載されている内容
今日のパワーインバーターや他の多くの電子機器は、強力な MOSFET (電界効果) や IGBTトランジスタ… これは、溶接インバータなどの高周波コンバータと、インターネット上に回路図がたくさんあるさまざまな家庭用プロジェクトの両方に当てはまります。
現在製造されているパワー半導体のパラメータでは、最大 1000 ボルトの電圧で数十アンペア、数百アンペアのスイッチング電流が可能です。現代のエレクトロニクス市場におけるこれらのコンポーネントの選択肢は非常に幅広く、必要なパラメータを備えた電界効果トランジスタを選択することは今日では決して問題ではありません。なぜなら、自尊心のあるすべてのメーカーが電界効果トランジスタの特定のモデルに以下の機能を備えているからです。技術文書は、メーカーの公式 Web サイトと正規販売店の両方で常に見つけることができます。
特定の電源コンポーネントを使用して特定のデバイスの設計を進める前に、特に特定の電界効果トランジスタを選択する場合は、何を扱っているのかを常に正確に把握する必要があります。この目的のために、彼らは情報シートに目を向けます。データシートは、説明、パラメータ、製品の特徴、代表的な図などが含まれる電子部品メーカーの公式文書です。
メーカーがデータシートでどのようなパラメータを示しているのか、その意味と用途を見てみましょう。 IRFP460LC FET のデータシートの例を見てみましょう。かなり有名なHEXFETパワートランジスタです。
HEXFET は、並列接続された数千の六角形 MOSFET セルが単結晶に組織化されるような結晶構造を意味します。このソリューションにより、オープンチャネル Rds(on) の抵抗を大幅に低減することができ、大電流のスイッチングが可能になりました。ただし、International Rectifier (IR) の IRFP460LC のデータシートに直接記載されているパラメーターの確認に移りましょう。
見る 図_IRFP460LC
文書の最初に、トランジスタの概略図が示され、その電極の指定が示されます。G ゲート (ゲート)、D ドレイン (ドレイン)、S ソース (ソース)、およびそのメインパラメータが示され、優れた品質がリストされます。この場合、この N チャネル FET は最大電圧 500 V 向けに設計されており、オープン チャネル抵抗は 0.27 オーム、制限電流は 20 A であることがわかります。ゲート電荷が低減されたため、このコンポーネントは高電圧で使用できるようになります。スイッチング制御のための低エネルギーコストの周波数回路。以下は、さまざまなモードでのさまざまなパラメータの最大許容値を示す表（図1）です。
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Id @ Tc = 25 °C;連続ドレイン電流 Vgs @ 10V — 最大連続ドレイン電流は、FET ボディ温度 25 °C で、ゲート ソース間電圧 10 V で 20 A です。
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Id @ Tc = 100 °C;連続ドレイン電流 Vgs @ 10V — 最大連続ドレイン電流は、FET ボディ温度 100 °C で、12 A です。ゲート-ソース間電圧 10 V です。
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Idm @ Tc = 25 °C;パルス ドレイン電流 — FET 本体温度 25 °C での最大パルス、短期ドレイン電流は 80 A です。許容可能な接合部温度の影響を受けます。図 11 (図 11) は、関連する関係を説明しています。
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Pd @ Tc = 25 °C 消費電力 — ケース温度 25 °C でのトランジスタのケースによる最大消費電力は 280 W です。
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線形軽減係数 — ケース温度が 1°C 上昇するごとに、消費電力はさらに 2.2 ワット増加します。
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Vgs ゲート・ソース間電圧 - 最大ゲート・ソース間電圧は、+30V を超えたり、-30V を下回ったりしてはなりません。
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Eas シングル パルス雪崩エネルギー — 下水道における単一パルスの最大エネルギーは 960 mJ です。図で説明します。 １２（図１２）。
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Iar アバランシェ電流 — 最大遮断電流は 20 A です。
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耳の反復雪崩エネルギー — 下水道内で反復されるパルスの最大エネルギーは、28 mJ (パルスごと) を超えてはなりません。
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dv / dt ピーク ダイオード リカバリ dv / dt — ドレイン電圧の最大上昇率は 3.5 V / ns です。
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Tj、Tstg ジャンクションの動作および保管の温度範囲 — 安全な温度範囲は -55 °C ～ + 150 °C です。
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はんだ付け温度、10 秒間 - 最大はんだ付け温度は 300 °C、本体から少なくとも 1.6 mm の距離。
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取り付けトルク、6-32 または M3 ネジ - ハウジングの最大取り付けトルクは 1.1 Nm を超えてはなりません。
以下は温度抵抗の表です (図 2.)。これらのパラメータは、適切なラジエーターを選択する際に必要になります。
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Rjc接合部からケース（水晶ケース）まで 0.45℃/W。
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RCS 本体からシンク、平坦、潤滑面まで 0.24 °C / W
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Rja 接合部から周囲までの距離は、ヒートシンクと周囲条件によって異なります。
次の表には、ダイ温度 25 °C における FET の必要な電気特性がすべて含まれています (図 3 を参照)。
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V (br) dss ソース・ソース間出力電圧 - ブレークダウンが発生するソース・ソース間電圧は 500 V です。
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ΔV (br) dss / ΔTj 破壊電圧温度。係数 — 温度係数、破壊電圧、この場合は 0.59 V / °C。
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Rds (on) ソースとソース間の静的抵抗 - 温度 25 °C でのオープン チャネルのソースとソース間の抵抗。この場合は 0.27 オームです。気温にもよりますが、それについては後ほど説明します。
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Vgs (th) Gres しきい値電圧 — トランジスタをオンにするためのしきい値電圧。ゲート-ソース間電圧が低い場合 (この場合は 2 ～ 4 V)、トランジスタは閉じたままになります。
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gfs 順コンダクタンス — ゲート電圧の変化に対するドレイン電流の変化の比に等しい伝達特性の傾き。この場合、ドレイン・ソース間電圧 50 V、ドレイン電流 20 A で測定されます。アンペア/ボルトまたはシーメンスで測定されます。
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Idss ソース・ソース間の漏れ電流・ドレイン電流は、ソース・ソース間の電圧と温度に依存します。マイクロアンペア単位で測定されます。
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Igss ゲートからソースへの順方向リーク電流とゲートからソースへの逆方向リーク電流。ナノアンペアで測定されます。
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Qg 総ゲート電荷 — トランジスタを開くためにゲートに報告する必要がある電荷。
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Qgs ゲート-ソース間充電 ゲート-ソース間容量の充電。
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Qgd ゲート・ドレイン間 («ミラー») 電荷に対応するゲート・ドレイン間電荷 (ミラー容量)
この場合、これらのパラメータは、400 V に等しいソース間電圧および 20 A のドレイン電流で測定されました。これらの測定の図とグラフが示されています。
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td (on) ターンオン遅延時間 — トランジスタが開くまでの時間。
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tr 立ち上がり時間 — 開始パルス (立ち上がりエッジ) の立ち上がり時間。
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td (off) ターンオフ遅延時間 — トランジスタを閉じるまでの時間。
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tf Fall Time — パルスの立ち下がり時間 (トランジスタが閉じる、立ち下がりエッジ)。
この場合、測定は電源電圧 250 V、ドレイン電流 20 A、ゲート回路抵抗 4.3 オーム、ドレイン回路抵抗 20 オームで行われます。概略図とグラフを図 10a と b に示します。
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Ld 内部ドレイン インダクタンス — ドレイン インダクタンス。
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Ls 内部ソースインダクタンス — ソースインダクタンス。
これらのパラメータはトランジスタケースのバージョンによって異なります。これらはキーのタイミングパラメータに直接関係するため、ドライバーの設計において重要であり、これは高周波回路の開発において特に重要です。
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Ciss 入力容量 - 従来のゲート-ソースおよびゲート-ドレインの寄生コンデンサによって形成される入力容量。
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Coss 出力容量は、従来のソース-ソース間およびソース-ドレイン間の寄生コンデンサによって形成される出力容量です。
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Crss 逆転送容量 — ゲート-ドレイン容量 (ミラー容量)。
これらの測定は、周波数 1 MHz、ソース間電圧 25 V で実行されました。図 5 は、これらのパラメータのソース間電圧への依存性を示しています。
次の表 (図 4 を参照) は、従来ソースとドレインの間に配置されていた集積型内部電界効果トランジスタ ダイオードの特性を示しています。
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Is 連続ソース電流 (ボディ ダイオード) — ダイオードの最大連続ソース電流。
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Ism パルスソース電流 (ボディダイオード) — ダイオードを流れる最大許容パルス電流。
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Vsd ダイオード順電圧 — ゲートが 0 V のとき、25 °C、ドレイン電流 20 A でのダイオードの順電圧降下。
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trr 逆回復時間 — ダイオードの逆回復時間。
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Qrr 逆回復電荷 — ダイオード回復電荷。
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ton 順方向ターンオン時間 - ダイオードのターンオン時間は、主にドレインとソースのインダクタンスによって決まります。
さらにデータシートには、温度、電流、電圧、およびそれらの間の特定のパラメーターの依存性のグラフが示されています (図 5)。
ドレイン電流制限は、パルス幅 20 μs でのドレイン・ソース間電圧およびゲート・ソース間電圧に応じて与えられます。最初の図は温度 25 °C の場合、2 番目の図は 150 °C の場合です。チャネル開口部の制御性に対する温度の影響は明らかです。
図 6 は、この FET の伝達特性をグラフで示しています。明らかに、ゲート-ソース間電圧が 10 V に近づくほど、トランジスタはより良くオンになります。ここでも温度の影響が非常にはっきりと見えます。
図 7 は、ドレイン電流 20 A におけるオープン チャネル抵抗の温度依存性を示しています。明らかに、温度が上昇するとチャネル抵抗も増加します。
図8は、印加されたソース-ソース電圧に対する寄生容量値の依存性を示しています。ソース・ドレイン電圧が 20 V のしきい値を超えた後でも、容量は大きく変化していないことがわかります。
図 9 は、内部ダイオードの順方向電圧降下のドレイン電流の大きさと温度への依存性を示しています。図8は、トランジスタの安全動作領域をオン時間の長さ、ドレイン電流の大きさ、ドレイン・ソース間電圧の関数として示しています。
図 11 に、ケース温度に対する最大ドレイン電流を示します。
図aとbは、測定回路と、ゲート電圧を増加させる過程およびゲート容量をゼロまで放電する過程でのトランジスタの開放のタイミング図を示すグラフを示しています。
図 12 は、デューティ サイクルに応じた、パルスの持続時間に対するトランジスタ (結晶体) の平均熱特性の依存性を示すグラフです。
図aとbは、測定セットアップと、インダクタが開いたときのパルスのトランジスタへの破壊的な影響のグラフを示しています。
図 14 は、パルスの最大許容エネルギーの遮断電流値と温度への依存性を示しています。
図aとbは、ゲート電荷測定のグラフと図を示しています。
図 16 に、測定セットアップとトランジスタの内部ダイオードの典型的な過渡現象のグラフを示します。
最後の図は、IRFP460LC トランジスタのケース、その寸法、ピン間の距離、番号付け (1 ゲート、2 ドレイン、3 イースト) を示しています。
したがって、データシートを読んだ後、開発者は設計または修理された電力コンバータに適切な電力、またはそれほど多くない電界効果トランジスタまたは IGBT トランジスタを選択できるようになります。 溶接インバータ, 周波数ワーカー または他の電力スイッチングコンバータ。
電界効果トランジスタのパラメータを理解していれば、あまり多くのものを設置することなく、ドライバーの開発、コントローラーの構成、熱計算の実行、適切なヒートシンクの選択を適切に行うことができます。