Menu Home

Бесплатная техническая библиотека для любителей и профессионалов Бесплатная техническая библиотека


Выбор МДП-транзисторов для преобразователя напряжения автомобильного УНЧ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатная техническая библиотека

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы

Комментарии к статье Комментарии к статье

1. Учитесь читать первоисточники

"Из всех параметров МДП транзистора для нас важнейшим является сопротивление открытого канала". Клаусмобиль

Именно так, но не оно одно. Возьмем документацию на силовой транзистор (скажем, IRFP054N) и разберем по косточкам. А по ходу расставим приоритеты - что важно, а что нет. Сразу скажу, по трем главным параметрам - сопротивление канала Rds, предельное рабочее напряжение сток-исток Vbrds, и ток канала Id выводы делать можно, но желательно оперировать полным набором данных. Хотя бы потому, что предельно допустимые при +25С параметры гарантированно убьют прибор при 100С. А, кроме того, предельные данные в интерпретации разных производителей не всегда сравнимы.

Итак, читаем документ

Абсолютные максимумы

Постоянный ток стока при Vgs=10В: Id=81A при 25С, Id=57A при 100С. А в примечании сказано - "Вычислено исходя из предельного (идеального) теплового сопротивления корпуса". Стало быть, в реальной жизни недостижимо. Предельный ток определим сами исходя из разумной тепловой мощности, скважности импульса и сопротивления канала.

Импульсный ток стока Id=290A (c аналогичными оговорками). Прекрасно, но столь же недоступно.

Тепловая мощность, рассеиваемая при 25С Pmax=170Вт и ее понижающий температурный коэффициент LDF(Pmax)=-1.1Вт/C. Эти два параметра всегда живут нераздельно. Ведь при прогреве кристалла до 125С (это нормально) предельно допустимая мощность снижается до 170-1.1*(125-25)=60Вт. Вот на эти 60 Вт, а с запасом - 50Вт, и будем пока ориентироваться.

Предельное напряжение затвор-исток (Vgs) - +/-20В. Достаточно безопасно для 12В сети.

Тепловое сопротивление

PN переход-корпус - Rjc=0.9 C/Вт. Это означает, что при 50Вт тепловых потерь температура рабочей области кристалла будет на 0.9*50=45 градуса выше, чем температура корпуса транзистора (которая в свою очередь меньше средней температуры радиатора).

Корпус-радиатор, плоская повержность с силиконовой смазкой - Rcs=0.24 C/Вт. Т.е. 60Вт дадут еще 12С тепловой потери. Со слюдяной прокладкой будет чуть хуже. Еще один аргумент в пользу полностью изолированных транзисторов. Увы, пока их мало и дороги собаки...

PN переход-воздух (в отсутствии радиатора) - Rja=40C/W. То, что и следовало доказать - без радиатора прибор бесполезен.

Электрические параметры (при 25С на pn-переходе)

Лукавые параметры. С учетом выше сказанного, 25С на переходе может быть только в очень холодную зиму. Поэтому исключительно важны температурные зависимости всех параметров. Слава Богу, IR не врет и честно о них рассказывает.

Напряжение пробоя закрытого канала - Vbrds=55В (Vgs=0В, пороговый ток канала 250мкА) и его понижающий температурный коэффициент LDF(Pmax)=-0.06Вт/C. Т.е. при 125С Vbrds снизится до 49В. Два хороших вывода. Первое, размах напряжения на стоке равен двум напряжениям питания (т.е.30В макс) плюс неизбежная колебаловка при переключении (добавим еще 10В) - итого 40В, что явно вписывается в норму. Второе, если 250 мкА уже достаточно велики и считаются "пробойным" током, то нормальный ток утечки закрытого транзистора еще на порядок ниже (25 мкА при 25С и Vds=55В, но 250мкА при 150С). И отключать его (преобразователь) от аккумулятора в нерабочем положении конечно же не надо.

Сопротивление открытого канала при Id=43А и Vgs=10В: Rds=12мОм (миллиОм). Хорошее сопротивление. У наилучшего в этом отношении одиночного кристалла IRFP064N - 6.4 мОм (это в 1999 году он был самым низкоомным. Времена меняются - 2002 ...). Меньше - только у многокристальных модулей. А как оно ведет себя с ростом температуры - показано на графике 4. При снижении температуры до -40С сопротивление снижается на 25%. При 100С - увеличивается на 40%. При 175С - удваивается. Поэтому далее в расчетах я всегда оперирую удвоенным "паспортным" сопротивлением.

Пороговое напряжение на затворе Vgsth=2.0..4.0В при Id=250мкА. На графике 3 - температурная зависимость передаточной характеристики. Из нее ясно, что для гарантированного полного открытия канала вполне хватит и 8В. "А все остальное мне - неважно".

Ток утечки затвора IGSS=100nA - нам не интересен.

Полный заряд затвора - 130нКл при Vgs=10В, Vds=43В. Этот параметр определяет требования к цепи запуска (драйверу затвора). Примерный расчет такой цепи см. в материале по применению ИС TL494 на моем сайте. Косвенно, он определяет и тепловую безопасность транзистора, ведь основная доля тепла выделяется именно в переходном процессе. А на графике 6 показана его зависимость от напряжения на затворе. Видно, что во-первых, "емкость" затвора нелинейна, во-вторых, заряды, требуемый для открытия и закрытия канала при 12В питания будут неодинаковы. А во-вторых, она практически не зависит от напряжения питания на канале.

Временные задержки включения и выключения - все имеют не более 66 нс задержки, что нас устраивает.

Входные и выходные емкости - о входной мы уже говорили. Выходная определяет резонансы цепи стока, которые лечатся RC-успокоителем. Впрочем, по сравнению с колебаловкой, порождаемой собственно нагрузкой (трансформатор-выпрямитель), они несерьезны.

Параметры обратного диода нас особенно не интересуют.

Что же в сумме?

>
  • По напряжениям, задержкам и емкостям - вписываемся
  • По току - пусть при скважности 40% падение напряжения на канале ограничено 1В (из 12 доступных). Тогда мгновенный ток канала 40 А (сопротивление 24 мОм), а средний за период - 16А. Этим и ограничимся (с учетом температурных ограничений).
  • При этом тепловая мощность на канале (в среднем за период) равна 40%*1В*40А=16Вт. Это безопасно со всех сторон. Заметно, что именно сопротивление канала, а не тепловые параметры корпуса и кристалла ограничивает режим работы в установившемся открытом состоянии. Чтож, такова низковольтная жизнь...
  • Но это без учета переходного процесса. А всего, с учетом общего теплового сопротивления в 3 C/Вт (0.24+0.9 на транзисторе, 1.8 на радиаторе) - суммарную мощность на прибор целесообразно ограничить не более 40Вт (из расчета Т=170С на кристалле, 70С на радиаторе).
  • 2. Считаем на пальцах

    Я составил простую табличку (в Экселе 98), в которой можно оценить тепловой режим и КПД первичной цепи преобразователя - т.е. потери на ключах и первичной обмотке. Потери представлены как сумма потерь открытого состояния (см. абзац выше) и переходного состояния.

    Потери открытого состояния пропорциональны квадрату входного тока (т.е. квадрату потребляемой мощности), переходные потери - линейно пропорциональны входному току (мощности). Видно, что переходные потери доминируют на малой мощности, на больших мощностях - потери на сопротивлении открытого канала возрастают и резко снижают КПД первичной цепи. При этом тепловые потери достаточно невысокие. Т.е. выбор транзистора в дорогом массивном корпусе ТО-247 или ТО-3 неоправдан - меньший корпус ТО-220 обеспечит тепловой режим не хуже. Что касается эффективности теплоотвода и надежности констукции, автор обеими руками за полностью изолированный ТО-220 (например IRFI1010N).

    Так как нам выбрать транзистор для усилителя выходной мощностью Ру=200Вт? Зададимся предельными потерями - 12.5% в открытом состоянии, 7.5% на переходных, это только в первичной цепи на максимальной мощности. Полагая 13% эффективность вторичной цепи, имеем общий КПД 67%. Полагая КПД собственно усилителя также 67% на полной мощности Pу (скажем 200Вт), имеем Pвх = 2.2 Py = 440Вт. При этом средний входной ток Iвх= 440Вт / 12В = 37А, а ток открытых ключей при суммарной скважности 80% - 37А/0.8 = 46A. Потери не должны превышать 55Вт в открытом состоянии и 33Вт на переходных процессах. Так как Pоткр=I^2 *Rds (закон Джоуля-Ленца, позвольте напомнить), Rds должно быть не более 55Вт/(46А)^2 т.е. 26 мОм - удвоенное "паспортное" значение. Стало быть, IRFP054N вписывается, практически без запаса. Но точно так же впишутся и IRFI1010N и BUZ100 (естественно в ТО-220 а не SMD корпусе). А вот транзисторов BTS131 c Rds=0.06 Ом придется ставить аж 5-6 штук на плечо, зато требования к охлаждению каждого так же в разы снизится. Этим нередко пользуются, ставя батарею MiniDIP или SMD приборов вовсе без радиаторов. Конечно, распараллеливание транзисторов требует особых приемов схемотехники и разводки платы, но при выходной мощности выше 200-250Вт другого выхода - пока - просто нет. Любопытных отсылаю к исторической статье Шихмана в "Мастер 12 Вольт" про устройство Ланцаровского усилителя

    Что касается мощности, рассеиваемой на фронтах, она практически не зависит от Rds - только от тока и длительности фронта. Вполне реально ее уложить в 2-3 процента периода, и закрыть вопрос для любых допустимых токов.

    3. Резюме

    Выбираем низковольтные транзисторы (Vbrds=55-100В) в корпусе TO-220, а еще лучше TO-220 Fullpak, из расчета паспортного сопротивления канала

  • 25 мОм для Pу=100Вт Rms, 12 мОм для Pу=200Вт Rms, одиночные или параллельные
  • для больших мощностей - параллельные транзисторы с общим сопротивлением на плечо - до 8 мОм на 300Вт, до 5 мОм на 500Вт и т.п.

    С точки зрения тепловой надежности, при выборе между одиночным и эквивалентными параллельными транзисторами, стоит выбрать именно параллельные транзисторы, соблюдая правила распараллеливания МДП ключей.

    Что касается отечественных "клонов" ключей International Rectifier, минимальное сопротивление канала имеет КП812А1 - 28 мОм. Один КП812А1 на плечо потянет 80-100Вт выходной мощности, далее - обязательно распараллеливать. Также в относительно маломощных конструкциях можно использовать КП812Б1 (35 мОм), КП812В1 (50мОм), КП150 (55мОм), КП540 (77мОм). Транзисторы с большим сопротивлением канала применять нецелесообразно.

    Публикация: klausmobile.narod.ru

    Смотрите другие статьи раздела Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы.

    Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

    << Назад

    Последние новости науки и техники, новинки электроники:

    Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

    Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

    NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

    Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

    Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

    Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

    Случайная новость из Архива

    Пляски электронов 24.09.2009

    Сделать чувствительный химический датчик помогут недостатки имеющейся технологии.

    Есть такая перспективная технология изготовления полимерной электроники. В раствор полимера опускают кремниевую пластинку, на которую оседают его молекулы. Они встают торчком, формируя жидкий кристалл, а толщина слоя получается ровно в одну молекулу. Каждая пластинка уносит из раствора ничтожное количество полимера, поэтому технология не только простая, но и весьма дешевая.

    Электроны перепрыгивают с одной молекулы полимера на другую, и по тонкому слою (его толщина около нанометра) течет ток. Исследователи, однако, заметили, что чем больше площадь слоя, тем хуже проходит ток, причем его величина падает экспоненциально.

    Группа ученых из Центра исследований компании "Филипс" при Эйндховенском университете (Нидерланды), а также из Австрии и России, в частности из Института синтетических полимерных материалов РАН им. Н.С.Ениколопова, сумели разобраться в причинах. Оказывается, пленка получается не монолитной, а в виде островков. Чем больше размер, тем больше разрывов между ними, вот ток и не проходит. Этот недостаток предложено превратить в достоинство.

    "Если в промежутках между островками осядет совсем немного молекул, столько, чтобы лишь проложить путь от одного электрода до другого, то ток пойдет. Так получится датчик, способный давать большой сигнал при ничтожно малом изменении своего строения", - говорит участник работы профессор Мартин Кемеринк из Эйндховенского технологического института.

    Другие интересные новости:

    ▪ Новый автомобиль надо проветривать

    ▪ Влияние питания ребенка на его будущий характер

    ▪ Держание за руки синхронизирует мозговые волны и облегчает боль

    ▪ Сердцу не прикажешь

    ▪ Новая компьютерная память в 10 тыс. раз быстрее старой

    Лента новостей науки и техники, новинок электроники

     

    Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

    ▪ раздел сайта Начинающему радиолюбителю. Подборка статей

    ▪ статья Мигель де Сервантес Сааведра. Знаменитые афоризмы

    ▪ статья Какой дефис был назван самым дорогим дефисом в истории? Подробный ответ

    ▪ статья Посеребрение металлов. Советы радиолюбителям

    ▪ статья Заземление. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

    ▪ статья Сигнализатор КЗ на микросхеме UTC1240A. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

    Оставьте свой комментарий к этой статье:

    Имя:


    E-mail (не обязательно):


    Комментарий:





    Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте

    www.diagram.com.ua

    www.diagram.com.ua
    2000-2026