Ta6ui.2.3

Типовое тепловое сопротивление переход-окружаю1цаа среда и мощность рассеивания для различных корпусов транзисторов без теплоотводов.

винтов монтажа к радиатору для обеих корпусов, как это показано на рис. 2.10. Головки винтов не должны контактировать с пластмассовой поверхностью корпуса, и для предотвращения повреждения применяются упомянутые выше прокладки. Также эти прокладки обеспечивают постоянную нагрузку на корпус при температурном воздействии на прибор. Для лучшего отвода рассеиваемой мощности от корпуса необходимо использовать компаунды (DC 340 и ему аналогичные), чтобы поверхности корпуса и радиатора достаточно гладко соприкасались.

Выводы винтов не должны выступать более, чем 0,5 дюйма для каждого корпуса.

Свободное воздушное рассеивание

мощности

Часто задаются вопросом: Какова максимальная способность рассеивать мощность у корпуса полупроводника в отсутствии радиатора?

Этот вопрос чаще возникает для пластмассовых кор: пусов. чем металлических. Нельзя уточнить максимальную мощность рассеивания для любого корпуса полу-

или ирммЬаюа

Рис. 2.11 Методы ист)льзования неболыиих радиаторов для корпусов ТО-225 АВ: а)Вертикальная установка, б)Горизонтальная установка.

1-радиатор, 2-поверхность теплоотвода, 3-монтажная плата.

проводника без знания тепловых свойств радиатора. Способность рассеивания Мощности полупроводником определяется максимальной температурой р-п перехода. Для кремния это приблизительно 200С. когда он в металлическом корпусе и 150С, когда в плэстмассо-вом.

Типовые значения теплового сопротивления переход-окружающая среда R0JA и результирующая способность рассеивания мощности показаны в таБл.З для наиболее употребляемых корпусов. Эти значения имеют место, когда отсутствует радиатор.

Существуют семь факторов, определяющих расОеи-ваемую способность данного корпуса, это: -крепление;

-рассеиваемая мощность; -расположение корпуса; -движение воздуха; -окружающая температура; -длина вывода;

-TJmax - мах температуре перехода. Для получения рассеивания вывод часто соединяют с массивным основанием, для мощных МДП-транзиСто-роа этот СТОК.

Монтаж небольших радиатороа естественного

охлаждения

В применениях, где мощность рассеивания не велика (порядка ватта и около), мощные ПТ могут Быть смонтированы отдельно. Без теплового радиатора. Выводы некоторых металлических корпусов не могут удерживать сам, корпус. В этом случае необходима дополнительная поддержка, чтобы не треснула стекло-металлическая изоляция вокруг корпуса. Пластмассовые корпуса могут удерживаться и на соБственных выводах при отсутствии сильных толчков и виБрации. Выводы должны Быть Более короткими по возможности для увеличения сопротивления виБрации и уменьшения тепловогосопротивления.

В большинстве ситуа({ий, когда выводы совершенно громоздки, корпус ТО-225 АВ имеет для поддержки неБольшой тепловой радиатор. Два варианта показаны на рис. 2.11. ПрисПосоБление в части а) может Быть использовано при любом пластмассовом корпусе, а схема Б) Более пригодна для. корпуса 77. Для других типов корпуса монтаж транзистора на верхней части радиатора более предпочтителен.

В определенных ситуациях. осоБенно когда требуется тестирован1е ПТ, желательно применение цоколей. Фирмы производят цоколи для всех корпусов Motorola. Детальные вопросы этого описаны в специальных каталогах фирм.

Ручные зажимы, выводы и петли

Зажимы. приБоров с металлическим корпусом не предназначены для создания каких-либо изломов и напряжений. Если их неправильно употреблять, то может потрескаться стекло-металлическая изоляция выводов. Для предотвращения атого можно применить цоколи, витые соединения или пайку. Выводы и петли пластмассовых корпусов являются более гибкими и

могут принимать разную форму, хотя это не рекомендуемая процедура. В каждом случае можно подобрать радиатор какой необходимо.

При изгибе выводов должны соблюдаться несколько основных требований. При изгибе необходимо поместить подставку между точкой изгиба и корпусом.

Следующие правила должны быть выполнены, чтобы не испортить корпус:

1. Желательный радиус изгиба: 1/16 дюйма для ТО-225АА и 1./32 дюйма для ТО-220. .

2. Не скручивать выводы ни в коем случае.

3. Не разрешается изгиб выводов вдоль оси корпуса.

Вывод можно паять. Однако максимальная температура пайкм не должна превышать 275°С, и паяльник должен пр 4к.11адывгться на время не более 5 секунд, а расстояние не менее t/8 дюйма от пластмассового корпуса. При использовании соедмнительных проводов следует убедиться, что не произошло пересечение выводов.

Очистка поверхности Для очистки рекомендуется спирт и нехяорирован-ный фреон, т.к. они не могут разрушать пластмассовый корпус.

2.2, Особенности

мощных МДП-

Основкое требован*!е к мощным полупроводниковым клю> ам - это передача максимальной мощности в нагрузку Сравнекие эффективности разшчнык полупроводниковых г,арёключателей будет продемонстрировано при трех различных видах нагрузки: рйзистив-ной, индуктивной и двигатель постоянного тока.

Суммарные потери в полупроаойниковсш кягоче определяют:

.-- входные кп:. потери ка управление связанные с входными токами # (дай), напряжениями, необходимыми дая вмюченмя

- статические потери или потеом в насыщенном состоянии, когда прибор полностью лткрыт (определяютсй напряжением в открытом состоянии и током);

- потери на переключение или динамические потери. которые связаны с переходными процессами при включении прибора и выключении;

- потери в выключенном состоянии, связанные с током утечки и напряжением источника питания,.

* О

Прямое иапряжение,/

Ток утечки

в общем случае у современных полупроводниковых ключей токи утечки очень небольшие и этими потерями обычно можно пренебречь.

Входные потери изменяются для различных типов приборов. Например, высоковольтный ключевой биполярный транзистор может иметь относительно низкий ток управления и наоборот для полного включения прибора может потребоваться значительный базовый ток. Для высокого входного импеданса МДП-транзи-стора требуется очень маленький входной ток и т.д.

Потери в выходной цепи показаны на рис. 2.12. Потери на переключения могут вносить значительный вклад в общие потери. Т.о., для высокочастотного применения должны использоваться более быстродействующие ключи. Наоборот в низкочастотных схемах определяющими потерями являются потери во включенном состоянии.

Мощные МДП-транзисторы относятся к классу быстродействующих ключей, но насколько они более эффективны, чем биполярные ключи? Эффективность может быть оценена в частности, всеми составляющими мощности потерь.

Т.к. потери на переключение являются функцией частоты, а потери в насыщенном состоянии относительно постоянны. необхо. имо рассмотреть частотный спектр, где одни потери преобладают над другими. Т.о., в низкочастотных схемах приборы с небольшим насыщением или с небольшим напряжением открытого состояния будут иметь меньшие потери, и наоборот на высокой частоте должны использоваться быстродействующие приборы. В данно разделе рассмотрены все типы ПП: МДП-транзисторы, биполярные транзисторы м транзисторы Дарлингтона, СТО (выключаемые по электроду тиристоры или запираемые тиристоры), GEMFET. (Обычные тиристоры также можно использовать в качестве ключа, но здесь они не рассматриваются, так как требуют дополнительных цепей коммутации).

Температурные измерения высоковольтных прмооров.

МДП в сравнении с Ькпопярнымш клю-чамы ) к Ш типа.

Наиболее простой путь измерения эффективности испытуемого прибора - это измерение o6iiit/ix потерь в приборе, посредством измерения температ>ры корпуса. Это достигается прикреплением термопары к фланцу корпуса ТО-204 (ТО-3) или к пластмассовому корпусу (ТО-220).

Для сравнения были выбраны три высоковольтных транзистора:

- 2N6545 - один из первых транзисторов для ключевого применения, называемый ключ S типа (SMi);

- MJ16004 - ключевой транзистор 1П типа (SMISS). изготовленный для высокочастотного применения;

- мощный МДП транзистор MTM5N40.

Все три прибора одинакового размера и примерно одинакового -класса (та6л.2.4). Они были исследованы при одинаковой нагрузке в одной схеме испытаний. Исключением являлась величина прямого входного то-, ка (!bi) и входное сопротивление испытуемого пр?лбо-ра. Обратный ток или ток выключения форм 1ровглся одним и тем же транзистором, а амплитуда этого тока Овг) фомировалась зарядом, накопленным испытуемым прибором.

Таблица 2.4 Параметры испытуемыжтраизнсюров

0.25

УСтаткмеские потере

Потери утеч(и

Pu£.2.12 Типовая форма кривой потерь при переключении ключа на активную нагрузку.

468 и

Ямс. 2.13 Установка для динамических температурных испытаний.

Т.к. входное воздействие при включении и выключении выбиралось из условия оптимального переключения, выбор управления опирался на справочные дан-нае: коэффициент усиления 5,0 и 7,0 соответственно для 2iM6545 и МЛ6004, напряжение смещения при вы-мюченим -5 В м -2 В для тех же приборов и напряжение управления затвором более 10 В для iViTi 5N40.

Резистивная нагрузка выбиралась таким образом, чтобы ток нагрузки оставался постоянным 2,5 А при изменении частоты. Поскольку реальная нагрузка как правило индуктивная и при этом индуктивные потери при выключении больше, чем при включении, была выбрана единая частота 75 кГц и для индуктивной нагрузки. Поскольку биполярные транзисторы и МДП транзисторы имеют различия в пря. .ом напряжении и времени выключения для получения одинакового импульса коллекторного и стокового тока применялась индуктивности с некоторым отличием. При частоте 75 кГц максимум тока 3 А достигается при индуктивно-<:т&5 32 мкГн и 27 мкГн соответственно для напряжений коллектора и стока 16 В.

Установка для определения увеличения температуры (рис. 2.13) вклaчaeт в себя: задающий генератор и трехфазовую цепь управления последовательного действия, так что каждый прибор находится вг режиме икпытзнмя в течении 33% полного цикла. Однако, при высокой частоте, приборы с большей задержкой во BOssvieHM будут длительное время находится в открытом состоянии и, следовательно, будут иметь большие потери в насыщении, что скажется на росте темпера-Например, при 150 кГц (период 6,7 мкс) 33% полного цикла составляет 2,2 мкс и при времени рассасывания в 1 мкс результат увеличится до 48% полного uyiKns.

Задающий генератор схемы в случае резистивной

нагрузки состоит из двух инверторов КМОП логики и представляет собой R-C генератор. С помощью переключения времязадающего конденсатора для резистивной нагрузки задаются частоты 5;25;75 и 150 кГц соответственно. Задающий генератор для индуктивной нагрузки имеет фиксированную частоту 75 кГц (инверторы G3 и G4).

Выходной сигнал с генераторов поступает на микросхему МС14022 (распределитель импульсов), а входные сигналы через змиттерные повторители поступают на драйверы (формирователи импульсов управления) идентичной конфигурации.

Прямой базовый ток, поступающий в базы NPN транзисторов 02 и 07, отпирает их, обеспечивая тем самым отпирание следующих PNP транзисторов 03 и 08. Для уменьшения времени рассасывания транзистора 03 и 08 работают в режиме генераторов тока, обеспечивая базовые токи для 2N6545 ( F-5, Ibi - 600 мА) и для MJ16004 ( F-7, tei - 430 mA) для получения индуктивного тока в максимуме 3 А. Прямое напряжение для затвора мощного МДП - транзистора формируется при отпирании транзистора 013 (охвачен-

100 V/DH SMIII ?СЕ SMI CE TMOSVds SKIII Ic

t=2-0te/DIV

Puc. 2.14. Переключение при резистивной нагрузке на частоте 75 кГц.