Навигация
4. Рабочие частоты и токи
Одним из самых удобных методов сравнения производительности различных устройств, таких, например, как IGBT и полевые МОП транзисторы, является зависимость рабочей частоты от тока. Удобство метода заключается в том, что можно увидеть не только потери проводимости, но и потери на переключение, и оценить тепловое сопротивление.
На рисунке 3 изображены кривые зависимости частоты и тока для трех устройств: одного PT IGBT и двух мощных полевых МОП транзисторов. Все три устройства являются устройствами нового поколения Power MOS 7® производства АРТ.
Рисунок 3 - Зависимость рабочей частоты от тока
АРТ30GP60В – это биполярный транзистор с изолированным затвором нового семейства PT IGBT Power MOS 7®, с рабочим напряжением 600В и номинальным значением прямого тока IC2 = 49А в корпусе ТО-247. Устройства АРТ6038ВLL и АРТ6010В2LL – это полевые МОП транзисторы APT Power MOS 7®, с рабочим напряжением 600В и номинальными значениями прямых токов ID = 17 и 54А соответственно. Транзистор АРТ6038ВLL выполнен в корпусе ТО-247, а АРТ6010В2LL в корпусе Т-МАХ (схожий с ТО-247).
В качестве условий тестирования были выбраны следующие параметры: режим жесткого переключения с индуктивной нагрузкой, рабочее напряжение 400В, температура перехода Tj=175С, температура корпуса TC=75С, рабочий цикл 50% и общее сопротивление затвора 5 Ом. Совместно с каждым устройством использовался диод сверхбыстрого восстановления на 15А, 600В в качестве фиксирующего диода. Тестируемая схема представляла собой типовую топологию для индуктивных нагрузок.
Устройства АРТ30GP60В и АРТ6038ВLL имеют одинаковые размеры кристалла, а размер кристалла АРТ6010В2LL примерно в 3 раза больше. Обычно, стоимость устройства зависит от площади кристалла, поэтому устройства с требуемыми характеристиками построенные на меньшем по площади кристалле, стоят, как правило, дешевле.
Предположим, что нам необходимо обеспечить импульсный ток 8А на частоте 200кГц. Исходя из зависимостей на рис. 3, становится ясно, что полевой МОП транзистор АРТ6038ВLL – наилучший выбор, т.к. он может работать со значительно большими частотами, чем другие устройства. Теперь предположим, что требуется обеспечить ток 20А на частоте 200кГц. Такой ток будет способен обеспечить как PT IGBT АРТ30GP60В, так и полевой МОП транзистор АРТ6010В2LL. Однако PT IGBT АРТ30GP60В будет стоить в три раза меньше, чем транзистор АРТ6010В2LL, в связи с уменьшенным размером кристалла. Полевой МОП транзистор АРТ6038ВLL полностью отпадает. При токе свыше 37А, PT IGBT имеет все преимущества, даже не смотря на то, что обладает меньшим размером кристалла; при таких рабочих частотах температура перехода IGBT будет ниже, чем у полевого МОП транзистора. Этот пример идет вразрез с общепринятым мнением, что полевые МОП транзисторы всегда работают эффективнее, чем IGBT, и высокая эффективность подразумевает высокую стоимость.
Для более корректного анализа стоит сделать еще несколько замечаний.
Во-первых, значение прямого тока ID полевого МОП транзистора АРТ6038ВLL составляет 17А, но в нашем случае этот транзистор вряд ли сможет обеспечить ток более 10 А. При других условиях, таких, например, как короткий рабочий цикл, транзистор сможет обеспечить прямой ток близкий к номинальному значению. Номинальное значение прямого тока не может показать нам реальное значение тока для нашего применения, т.к. измеряется оно в непрерывном режиме (без потерь на переключение) и при определенной температуре. В основном номинальное значение прямого тока показывает относительную величину тока и потери проводимости в устройстве.
Во-вторых, общее сравнение показывает, что значение прямого тока ID полевого МОП транзистора АРТ6010В2LL (при непрерывном режиме с температурой корпуса 25С) близко к значению прямого тока IC2 IGBT АРТ30GP60В (при непрерывном режиме с температурой корпуса 110С), 54 и 49 А соответственно. Эти характеристики весьма схожи между собой, производительность этих двух устройств тоже практически одинаковая. Оба устройства могут работать на частоте 200кГц при рабочих токах в половину меньших номинальных значений тока.
В-третьих, биполярные транзисторы обладают большей плотностью тока, чем полевые МОП транзисторы, благодаря чему IGBT используют кристаллы меньшего размера с тем же уровнем мощности, что и МОП транзисторы. Из-за значительного увеличения сопротивления в открытом состоянии, полевые МОП транзисторы обладают гораздо меньшей плотностью тока при рабочих напряжениях свыше 300В. И здесь гораздо целесообразнее использовать IGBT.
В завершении, надо отметить что необходимо понимание относительной эффективности того или иного устройства при применении в различных условиях. На высоких частотах и сравнительно низких токах, предпочтение отдается, как правило, полевым МОП транзисторам (или же РТ IGBT малых размеров). IGBT является лучшим решением в применениях, где требуется больший ток, так как потери проводимости умеренно увеличиваются с увеличением тока, в то время как значения потерь проводимости мощного полевого МОП транзистора пропорциональны квадрату значения тока. В большинстве частотных и токовых диапазонов могут применяться различные устройства, однако, последнее поколение PT IGBT Power MOS 7® выступает как самое недорогое решение для разработчиков.
Похожие работы
... ). После корректировки настройки с помощью вкладки Plotting (Печать) следует щелкнуть кнопку Apply (Применить), которая фиксирует сделанные изменения. При необходимости добавить настройку нового плоттера или отредактировать существующую настройку следует пользоваться специальным инструментом — Autodesk Plotter Manager (Диспетчер плоттеров Autodesk). Обратиться к этому инструменту можно с помощью ...
... в свою очередь уже заменил 40 электронных ламп. Другими словами, один крошечный кристалл обладает такими же вычислительными возможностями, как и 30-тонный Эниак! Быстродействие ЭВМ третьего поколения возросло в 100 раз, а габариты значительно уменьшились. Интегральная схема. Интегральная микросхема - микроминиатюрное электронное устройство, все или часть элементов которого нераздельно ...
... пар истоков-стоков в транзисторе. Отладка кристаллов микросхем Одно из важнейших условий стабильности работы системы — надежность и качество ее комплектующих. И в первую очередь это касается микропроцессоров и других современных микросхем. Еще на стадии проектирования проводится моделирование распространения сигналов и синхронизации, а также моделирование на уровне компонентов, микросхемы и ...
... -инструкций 3DNow!, расширенный дополнительными командами. Всего 45 команд. Ø Выпускаются версии с частотами 500, 550, 600 , 650 и 700МГц. 3. Архитектура процессора AMD Athlon (Thunderbird) Процессор седьмого поколения AMD Athlon (Thunderbird) использует, на данный момент наиболее совершенную микроархитектуру x86. Сочетание указанных ниже свойств предоставляет тем, кто работает с ...
0 комментариев