در جست و جوی یک سوییچ بهتر: یک ترانزیستور اثر میدان جدید با قدرت بالا از یک نیمه رسانای روشن

به طور قطع ماسفت ها تکنولوژی جدیدی نیستند اما پیشرفت مداومشان باعث میشود که ارزش این را داشته باشند که در نسخه های جدید به آنها توجه کنید.

در یک مقاله ی قدیمی به چاپ رسیده درباره ی ترانزیستور های پرقدرت، نویسنده نکته ی خوبی را درباره ی ترانزیستور های مدرن بیان کرده است: آنها اغلب حتی در اپلیکیشن هایی مثل برنامه های صوتی به عنوان سوییچ مورد استفاده قرار میگیرند. محرک اصلی آنها اتلاف قدرت است. بازده ی انرژی معمولا یک نیاز ضروری و بحرانی طراحی است و زمانی که به بهره وری میرسد عملکرد خطی نمیتواند با کنترل روشن- خاموش (مخصوصا بر اساس PWM ) رقابت کند.

*PWM: یک روش برای کاهش میانگین انرژی دریافت شده از یه سیگنال الکترونیکی است.

با در نظر گرفتن این اولویت برای مراحل قدرت مبتنی بر سوییچ، بدیهی است که شرکت های نیمه رسانا در تلاش برای بهبود عملکرد مرتبط با ترانزیستور های اثر میدان جدید باشند. اما مشخصه های مرتبط کدامند؟

به طور قطع، مقاومت حالت.

ترانزیستور

مقاومت حالت

وقتی که ترانزیستور اثر میدان در ناحیه ی تریود قرار دارد، این مقاومت به مقاومت کانال اشاره میکند. (چون عملکرد سوییچ به قطع و تریود مرتبط است و نه اشباع) حدس میزنم تمرکز تولید کنندگان نیمه رسانا به جای اینکه روی مقاومت حالت کمتر وابسته به ولتاژ ورودی منبع به دلیل دسترسی آسان آی سی های محرک ورودی باشد، به کاهش حداقل مقاومت حالت است.

مورد دیگر ورودی شارژ است. روشن و خاموش کردن ترانزیستور اثر میدان، یعنی بالا و پایین کردن ولتاژ ورودی منبع. شما نمیتوانید بدون شارژ کردن و خالی کردن شارژ ورودی ( که در اصل همان باطری است) ولتاژ را بالا و پایین ببرید. بنابراین یک شارژ ورودی کم برابر با تعویض سریع تر است. (شارژ ورودی یعنی مقدار شارژ مورد نیاز برای رساندن ولتاژ ورودی منبع از صفر به ولتاژ شدت جریان برق محرک ورودی.)

dv/dt

موضوعی که کمی پیچیده تر است به رتبه بندی dv/dt  برمیگردد. همانطور که از نامش هم پیداست ما در این حالت به جای اندازه و بزرگی ولتاژ، با میزان تغییر در ولتاژ سروکار داریم.

به نظر می رسد کهdv/dt  بالا در یک پایانه ی تخلیه ممکن است منجر به یک انتقال غیر عادی شود؛ این انتقال شامل یک ترانزیستور دو قطبی انگلی است که در ساختار ترانزیستور اثر میدانی وجود دارد. این موضوع در نمودار زیر نمایش داده شده است:

 

ترانزیستور

 

نمودار dv/dt

 

در شرایط پیچیده تر، این انتقال غیر استاندارد ممکن است منجر به اتلاف انرژی و آسیب رسیدن به ترانزیستور اثر میدان شود.

ما در اینجا فقط محض احتیاط در مورد چند dV/dt  مهم، حداقل آن دستگاه هایی که برای مقاومت در برابر این نوع فشار طراحی شده اند، صحبت میکنیم. به عنوان مثال، FCPF099N65S3 از نیمه رسانای روشن، بیشترین Dv/dt از ۱۰۰ وولت در نانو سکند را تعیین میکند. برای من تصور هر تغییر سینگال ۱۰۰ ولت در نانو سکند بسیار دشوار و سخت است ولی هنگام تغییر بار الترونیکی قیاسی، اتفاقات وحشتناکی رخ میدهد.

با اینجال وضعیت dv/dt  کمی پیچیده تر از این است چون، انواع مختلفی از خرابی و عدم موفقیت dv/dt  وجود دارد. به نظر میرسد تغییر قیاسی بیشتر مرتبط با dv/dt  پویا و محرک است در حالی که در توضیحات بالا مبتنی بر dv/dt  ایستا و ساکن است.

 

ترانزیستور

 

نموداری از FCPF099N65S3

 

دیود بدنه

سومین نوع از عدم موفقیت dv/dt  با دیود بدنه ی ترانزیستور اثر میدان همراه است. همانطور که میدانید بار القایی برای تهیه ی مسیر روان برای تخلیه ی القایی، نیازمند دیود های برگشتی است. اما بهتر است در صورت امکان همیشه یک عنصر را از بین ببریم. این کار باعث میشود فکر کنیم دیود ها به راحتی با ترانزیستور اثر میدان ادغام و متحد میشود. خود من شخصا هیچوقت به دیود بدنه اعتماد نمیکنم اما به نظر میرسد در بعضی موارد این یک تمرین قابل قبول است.

Dv/dt بالا ممکن است منجر به “بازیابی شدید دیود” شود که به یک سری از رویداد های پیچیده باز میگردد و باعث فعال شدن ترانزیستور دو قطبی انگلی که در بالا به آن اشاره شد، میشود. از اینکه همیشه همینطور است یا نه خبر ندارم، اما میدانم که حداکثر بازیابی دیود در FCPF099N65S3 از حداکثر ترانزیستور ماسفت کمتر است. (یعنی بدون بازیابی دیود) اولی ۲۰ ولت در نانو سکند و دومی ۱۰۰ ولت در نانو سکند است. اینها هنوز هم رتبه بندی های dv/dt  بسیار بالایی هستند، اما بد نیست بدانید که ممکن است دستگاه به dv/dt بازیابی دیود  حساس تر از dv/dt  ایستا و ساکن باشد.

به نظر من خیلی از ما تجربه ی خیلی کمی در رابطه با تغییر های جریانی و مداری مبتنی بر ترانزیستور های اثر میدانی پر قدرت داریم. اینگونه موضوعات مختلفی مانند ورودی شارژ و البته موارد مختلف دیگری مثل تاثیرات دما اعم از افزایش دما در مقاومت های حالت و کاهش حداکثر جریان، به میان می آیند.

ترانزیستور

 استفاده از دیود ها بدنه ی ترانزیستور اثر میدانی به عنوان دیود های بازگشتی

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *