Шапка

3.5 Мощные МОП транзисторы (I)

МОП приборы хорошо работают в качестве насыщающихся ключей, как было отмечено в простой схеме из §3.1.1.B . Сейчас их выпускают многие фирмы, что делает свойства МОП приборов ( высокий входной импеданс, простота параллельного включения [ см. §3.6.3 ] и отсутствие «вторичного пробоя» ) преимуществом в схемах повышенной мощности. В общем случае мощные полевые транзисторы проще в эксплуатации, чем биполярные. Тем не менее, есть несколько неочевидных моментов, которые следует учитывать, потому что бездумный переход на МОП транзисторы в переключательных схемах может привести к очень неприятным последствиям. Дальше будут последовательно рассмотрены упомянутые последствия, чтобы уберечь читателя от их повторения.

До конца 70-х ПТ были совсем чахлыми и с трудом управляли нагрузкой в несколько десятков миллиампер. Затем японцы создали технологию с «вертикальной структурой» , после чего мощные МОП транзисторы под различными торговыми марками начали выпускать все компании, специализирующиеся на дискретных полупроводниках. Появились модели в стандартных корпусах TO-220, TO-247 и D-PAK с неожиданно высоким рабочим напряжением ( свыше 1500 V ), пиковыми токами ( 1000 A при постоянном токе 200 A ) и сопротивлением канала \(R_{ON}\) ниже 0.001 Ω . Маломощные варианты стОят менее доллара и упаковываются в обычные транзисторные корпуса. Можно приобрести несколько штук в одном корпусе - выводном ( DIP ) или поверхностном ( SOT, SOIC, TSOP ). Ирония ситуации в том, что сейчас сложно найти маломощные МОП приборы, хотя в сильноточных моделях недостатка нет. В табл. 3.4a ( стр. 188 ) можно найти коллекцию небольших n-канальных МОП транзисторов с рабочим напряжением до 250 V , табл. 3.4b ( стр. 189 - 191 ) перечисляет варианты с другими напряжениями и корпусами, а табл. 3.6 ( стр. 210 ) содержит некоторое количество мощных моделей, работающих в режиме обеднения. Ещё несколько таблиц можно найти в Части X3 .

3.5.1 Высокий импеданс, температурная стабильность

Два важных преимущества мощных полевых транзисторов перед биполярными:

  1. сверхвысокий входной импеданс ( практически бесконечный на постоянном токе ) и
  2. естественная температурная стабильность.

Выглядит просто и понятно, но тут есть о чём поговорить и чего стоит избегать.

3.5.1.A Входной импеданс

Во-первых, «бесконечный» входной импеданс имеется только на постоянном токе, потому что есть ещё и существенная входная ёмкость, которая у мощных МОП транзисторов может достигать 1'000...10'000 pF . Кроме того, в переключательных схемах приходится учитывать и ёмкость обратной связи, т.е. ёмкость сток-затвор ( она ещё зовётся ёмкостью обратного переноса \(C_{RSS}\) ), потому что эффект Миллера ( §2.4.5 ) увеличивает её действующее значение с коэффициентом усиления по напряжению. В §3.5.4 тема разбирается подробнее, и приводятся снимки экрана осциллографа, показывающие, как эффект Миллера разбивает надежды разработчика на высокую скорость переключения. Сразу анонсируем выводы: чтобы управлять мощной нагрузкой, укладываясь в типовые для современных приборов десятки наносекунд, требуется закачивать в затвор несколько ампер . Довольно неожиданно для компонента с бесконечным входным импедансом!

3.5.1.B Температурная стабильность

Рис. 3.94   Транзисторы с большой областью перехода можно рассматривать как множество параллельно соединённых маленьких транзисторов

Во-вторых, есть два механизма, влияющие на температурную стабильность МОП транзисторов. С увеличением температуры растёт \(R_{ON}\) , и на верхней границе тока стока ( причём только там ) ток в канале начинает снижаться с температурой при неизменном \(V_{GS}\) , см. рис. 3.14 и рис. 3.115 , 3.116 в §3.6.3 . Последний эффект очень важен для мощных схем, и его надо хорошо понимать. Большую область перехода мощного транзистора ( безразлично полевого или биполярного ) можно рассматривать как множество мелких переходов, включённых параллельно ( рис. 3.94 ), на которые подано одно напряжение. У биполярного транзистора положительный температурный коэффициент тока коллектора при фиксированном \(V_{BE}\) ( примерно +9%/°C , см. §2.3 ). Значит, появление локальной точки перегрева в зоне перехода будет иметь большую плотность тока, которая будет вызывать дополнительное увеличение температуры и без того перегретого участка. При достаточно высоких значениях \(V_{CE}\) и \(I_C\) захват тока вызовет тепловой разгон перегретой зоны. В результате у мощных биполярных транзисторов область работы имеет дополнительные ограничения по сравнению с ограничениями по тепловой мощности, называемые «областью безопасной работы» ( SOA ) ( на графике зависимости допустимого тока коллектора от напряжения на коллекторе ). В той же ситуации отрицательный температурный коэффициент тока стока МОП приборов полностью блокирует появление горячих точек. МОП транзисторы не имеют на характеристике зоны вторичного пробоя, и их область безопасной работы ограничена только рассеиваемой мощностью, см. рис. 3.95 , где сравниваются области безопасной работы npn и n-МОП транзисторов, имеющих одинаковые \(I_{MAX}\) , \(V_{MAX}\) и \(P_{DISS}\) . Это одна из причин выбора МОП приборов для работы в мощных линейных схемах, подобных звуковым усилителям.

Рис. 3.95   Мощные МОП транзисторы не подвержены вторичному пробою. Сравните область безопасной работы ( SOA ) 160-ваттных транзисторов: биполярного MJH6284 и полевого RFP40N10

Table 3.4a MOSFETs — Small n-channel (to 250V), and p-channel (to 100V)

small n-channel to 250V nMOS type Pkgp X H 5 W Vdss (V) Pdc (W) /Dy (A) flDSr@ (m0) Vgs (V) Qgs (nC*) Cjss (PF*) Costq ($US) ZVN4424 TO-92 • 240 0.7 0.3 4.30 2.5 8 110 0.85 BSP89 SOT-223 • 240 1.5 0.4 2.80 10 - 100 0.48 ZVNL120 TO-92 0 200 0.7 0.2 60 3 2 55 0.53 BS107A TO-92 - 200 0.4 0.2 50 10 - 60 0.31 FQT4N20L SOT-223 • 200 2.2 0.7 1.00 4.5 4 240 0.34 FQT7N10L SOT-223 • 100 2 1.2 300 5 4.6 220 0.37 ZXMN10A08E SOT-23 • 100 1.1 0.6 200 10 7.8 500 0.57 ZXMN10A08G SOT-223 • 100 2 1.5 200 10 7.7 405 0.48 VN2222LL TO-92 - 60 0.4 0.1 7.50 10 - <60 0.36 VN10KN3 TO-92 - 60 0.7 0.2 6.60 5 1.1 48 0.18 RHU002N06T SOT-323 0 60 0.2 0.1 2.80 4 1 15 0.21 2N7000 TO-92 • 60 0.4 0.2 2.50 5 1 20 0.17 2N7002 SOT-23 • 60 0.2 0.1 2.50 4.5 0.9 20 0.16 2N7002W SOT-323 0 60 0.28 0.1 2.50 4.5 0.7 25 0.15 NDS7002A SOT-23 • 60 0.36 0.20 1.30 4.5 0.8 80 0.27 Si1330EDL SOT-323 0 60 0.18 0.15 1.40 4.5 0.4 - 0.38 BSS138 SOT-23 • 50 0.36 0.25 1.00 4.5 0.95 27 0.15 ZVN2106A TO-92 • 60 0.7 0.3 800 10 1.5 75 0.49 ZVN4306A TO-92 • 60 0.85 1.0 320 5 3.5 350 1.11 NDT3055 SOT-223 0 60 3 1.7 84 10 9 250 0.34 PHT8N06LT SOT-223 • 55 8.3 5z 65 5 11.2 500 0.75 IRF7470 SO-8 0 40 1.0 7 10 4.5 29 3400 0.76 2SK3018 SOT-323 • 30 0.2 0.05 50 4 - 13 0.20 FDV303N SOT-23 0 25 0.35 0.4 330 2.7 1.1 50 0.23 IRLML2030 SOT-23 0 30 1.3 0.9 123 4.5 1 110 0.25 NDS355AN SOT-23 • 30 0.5 1.0 105 4.5 3.5 195 0.29 FDN337N SOT-23 • 30 0.5 1.3z 70 2.5 4.2 300 0.16 FDT439N SOT-223 • 30 1.3 4 55 4.5 10.7 500 0.60 NTR4170N SOT-23 • 30 0.8 2 50 4.5 4.8 430 0.12 PMV40UN SOT-23 • 30 1.9 2u 45 2.5 5.5 445 0.39 NDT451AN SOT-223 0 30 3 5 42 4.5 11 720 0.72 IRLML0030 SOT-23 • 30 1.3 2u 33 4.5 2.6 380 0.18 NTLJS4114N WDFN 0 30 1.9 2.5v 26 2.5 5 650 0.30 NTMS4800N SO-8 • 30 0.75 5 20 4.5 7.7 940 0.22 IRF7807Z SO-8 • 30 2.5 10 14.5 4.5 7.2 770 0.61 FDS6680A SO-8 0 30 1.0 7 10 4.5 16 1600 0.68 FDS8817NZ SO-8 0 30 2.5 10 7 4.5 17 1800 0.75 NDS331N SOT-23 0 20 0.5 0.8 150 2.7 2.2 160 0.30 FDG327NZ SC70-6 0 20 0.42 1.2 90 1.8 2.1 410 0.40 IRLML2502 SOT-23 • 20 1.25 1.25 50 2.5 5 740 0.30 Si2312CDS SOT-23 • 20 0.8 2u 35 1.8 3.8 870 0.28 Si2312BDS SOT-23 • 20 0.8 2v 30 2.5 3.8 770 0.40 IRF6201 SO-8 • 20 2.5 15 2.1 2.5 130 8600 1.06 p-channel to 100V pMOS type Pkgp X 1— 5 C/5 Vdss (V) Pdc (W) /Dy (A) flDSr@ (m0) Vgs (V) Qgs (nC*) Cjss (PF*) Costq ($US) small FQT5P10 SOT-223 • 100 2 0.5 820 10 6.3 190 0.38 VP0106N3 TO-92 - 60 0.7 0.2 80 5 0.5 45 0.55 BS250P TO-92 • 45 0.7 0.2 90 10 - 60 0.61 ZVP2106A TO-92 • 60 0.7 0.25 30 10 1.8 100 0.61 BSS84 SOT-23 • 50 0.3 0.13 30 5 1 25 0.26 NDS0605 SOT-23 • 60 0.4 0.18 1.30 4.5 0.8 79 0.27 FDV304P SOT-23 0 25 0.4 0.3 1.20 2.7 0.75 63 0.27 FDN358P SOT-23 • 30 0.5 1.5 161 4.5 4 182 0.34 ZXMP4A16G SOT-223 • 40 2 3 83 4.5 14 1000 0.93 IRF7205 SO-8 - 30 2.5 3 60 10 27 870 0.37 NTR4171P SOT-23 • 30 0.5 1.5 60 4.5 16 720 0.13 DMP4050 SO-8 • 40 1.6 3 55 4.5 6.9 670 0.54 Si4435DDY SO-8 0 30 2.5 6 28 4.5 15 1350 0.53 IRF7424 SO-8 0 30 2.5 7 20 4.5 75 4000 0.73 Si4463DY SO-8 • 30 3 7z 13 2.5 28 5800 1.03 LP0701N3 TO-92 - 16.5 1 0.4 1.70 3 1.6 120 0.82 ZXM61P02F SOT-23 0 20 0.6 0.5 550 2.7 1.8 150 0.29 NDS332P SOT-23 • 20 0.5 0.7 350 2.7 2.4 195 0.30 IRLML6402 SOT-23 0 20 1.3 2.2 80 2.5 5 630 0.33 SI3443DV TSOP-6 • 20 2 3.4 70 2.7 5.5 610 0.42 Si2315BDS SOT-23 • 20 0.57 2.1 71 1.8 8 715 0.43 FDS6575 SO-8 • 20 1.5 6z 11 2.5 53 4950 1.19 CSD25401 SON • 20 2.8 8z 14 2.5 5.5 1100 1.96 IRLML6401 SOT-23 • 12 1.3 2 125 1.8 6 830 0.19 IRF7702 TSSOP-8 • 12 1.5 6 15 2.5 30 3500 0.90 IRF7420 SO-8 • 12 2.5 8 15 2.5 24 3500 0.66 IRF7410G SO-8 • 12 2.5 12 8 2.5 55 8700 0.97 IRF7210 SO-8 • 12 2.5 10 7 2.5 115 17200 1.03 large IRF9540 TO-220 - 100 150 19 120 10 40 1400 2.20 IRF9540N TO-220 - 140 20 110 * 60 1300 1.28 IRFP9140 TO-247 - 100 180 19 120 10 38 1400 3.07 IRFP9140N TO-247 - 140 18 111 * 60 1300 1.42 IRF5210 TO-220 - 100 200 25 50 10 115 2700 1.93 IXTR90P10P TO-247 - 100 190 55 20 10 120 5800 8.10 IXTK170P10 TO-264 - 100 890 130 10 10 240 12600 14.20 IXTN170P10 SOT-227 - * * 170 * * * * 19.37 SUD08P06 DPak • 60 25 2z 158 4.5 7 450 0.75 NTD2955G DPak • 60 55 2z 155 10 14 500 0.45 NTP2955 TO-220 - * 62 11 * * * * 0.69 MJE2955b TO-220 - 60 75 - 80b - - - 0.64 FQB11P06 D2Pak • 60 53 2z 140 10 13 420 0.61 FQP27P06 TO-220 - 60 120 19 55 10 33 1100 0.72 FQB27P06 D2Pak • * * 5z * * * * 0.92 IRF4905 TO-220 - 55 200 50 16 10 120 3400 2.04 STB80PF55 D2Pak 0 55 2.4 7 16 10 190 5500 2.53 STP80PF55 TO-220 - * 300 55 * * * * 1.78 SUM55P06 D2Pak • 60 125 7z 15 10 76 3500 2.75 IRF9Z34 TO-220 - 55 68 15 10 10 23 620 0.97 SUP90P06 TO-220 - 60 250 90 9 4.5 90 9200 3.06 SUP75P05 TO-220 - 55 250 75 8 10 140 8500 5.42 IRFP064V TO-247 - 60 250 80 5.5 10 175 6800 1.89 IRF9204 TO-220 - 40 143 35 20 4.5 150 7700 1.47 MTP50P03HDL TO-220 - 30 125 30 20 5 74 3500 3.37 FDD6637 DPak • 35 57 7z 14 4.5 25 2400 0.71 SUP75P03 TO-220 - 30 187 75 5.5 10 140 9000 1.91 PB80P03P4L-04 D2Pak • 30 137 16 4.7 4.5 60 8700 1.02 Notes: (*) same as row above. (b) BJT for comparison. (c) Pdiss for Tcase=25°C. (m) max. (p) the I2-PAK (TO-262) is a “sawed-off TO-220” stand-up part with 0.1" pitch (three leads plus tab), while the D2-PAK (TO-263) is an SMT version (2 leads plus tab); the I-PAK (TO-251) is a smaller version of the I2-PAK (i.e., stand-up, 3 leads plus tab, 0.09" pitch), with its corresponding D-PAK (TO-252) sMt version (2 leads plus tab). (q) qty 100; inexpensive “jellybean” parts are indicated in boldface. (r) Pds typ for Tj=25°C, multiply by 1.5 if hot; BJT value is for /b=0.3A. (s) total gate charge to ^gs; switching loss = Qg^gs^. (t) typical. (u) with 6 cm2 PCB copper. (v) with 0.4 cm2 PCB copper. (x) surface-mount part, or SMT available if through-hole indicated (e.g., TO-92 or TO-220). (y) guideline conservative estimate, saturated switch at ^gs, Tcase=70°C. (z) with 2-5 cm2 PCB copper; add heatsink for higher current. This table shows selected representative MOSFETs. The left nMOS column lists TO-92 and small surface-mount parts. The right column lists all pMOS parts up to 100 V. The lists are sorted by decreasing switch spec, Rds(ON) . Ignore parts with inadequate VDss, and evaluate parts with a good switch Id spec margins. Study candidate datasheets for viability. Amplifiers and linear regulators rely on the PD spec. But R©jc=1250 C/and the junction temp will be Tj=Ta+PD(R©jc+R©ja ), where the latter term is your heatsink thermal path. Both Rq terms vary widely for different packages, and the Pd spec is useful only in that context. You may find that high-voltage parts have lower Rqjc.

Table 3.4b n-channel Power MOSFETs, 55V to 4500Va (page 1 of 3)

Part #k Packagep C ' O D C ' C ? o E c <1> o "cti o c O o c o Q. (Z) Charge Capacitances,s2 (/DS=25Vk) Costq US $ year of introy 3 CL (A) _Q O 0 LO CM (A) O o O N- (A) V,s Qg typ (nC)t qGd typ (nC)t Ciss typ (pF) Coss typ (pF) Crss typ (pF) R0jc (°C/W) typr (mO) max (mO) 2.5 to 4.5kV IXTT02N450 TO-268 Ix - 4500 113 0.6 0.2 0.14 1.1 480O 625O 10 - - 10.6 5.5 246 19 5.8 17.05 2013 IXTT1N450HV TO-268HV Ix - 4500 520 3 1 0.8 0.24 72O 85O 10 - - 40 20 1730 78 28 28.67 2013 IXTL2N450 i5-Pak Ix - 4500 220 8 2 1.3 0.56 16O 20O 10 - - 180 83 6860 267 105 88.80 2013 IXTH02N250 TO-247 Ix - 2500 83 0.6 0.2 0.14 1.5 385O 450O 10 - - 7.4 5.3 116 8 3 9.52 2013 1500V 2SK1317 TO-3P R - 1500 100 7 2.5 1.5 1.25 9000 12000 10 - - - - 990 125 60 5.46 2004 STP3N150 TO-220 ST 1500 140 10 2.5 1.6 0.89 6000 9000 10 - - 29.3 17 939 102 13.2 4.64 2008 STP4N150 TO-220 ST 1500 160 12 4 2.5 0.78 5000 7000 10 - - 30 9 1300 120 12 4.15 2003 IXTH6N150 TO-247 Ix - 1500 540 24 6 4 0.23 2905 3500 10 - - 67 36 2230 170 64 6.07 2010 1200V IXTY02N120 D-Pak Ix • 1200 33 0.6 0.2 0.2 3.80 60O 75O 10 - - 4.7 3.2 104 8.6 1.9 2.92 2009 IXTP1N120P TO-220 Ix - 1200 63 1.8 1 0.7 2 16O 20O 10 - - 17.6 10.6 550 25 5.4 2.46 2007 IXTP3N120 TO-220 Ix - 1200 200 12 3 2.5 0.62 3735 4500 10 - - 42 21 1100 110 40 4.65 2003 STP6N120K3 TO-220 ST 1200 150 20 6 3.8 0.83 1950 2400 10 • - 39 23.5 1050 90 3 4.28 2010 IXFH16N120P TO-247 Ix - 1200 680 35 16 8 0.19 850 950 10 - - 120 47 6900 390 48 11.02 2007 IXFX26N120P TO-264 Ix - 1200 960 60 26 19 0.13 380 460 10 - - 225 96 16000 735 58 19.28 2007 IXFN32N120 SOT-227 Ix - 1200 780 128 32 20 0.16 290 350 10 - - 400 188 15900 1000 260 27.15 2001 CMF20120Dx TO-247 Cr 1200 215 90 42 24 0.44 80 100 20 - - 91 43 1915 120 13 32.05 2011 800-1000V IXTY01N100 D-Pak Ix - 1000 25 0.4 0.1 0.1 5 60O 80O 10 - - 6.9 3 54 6.9 2 0.93 2004 IXTA05N100 D-Pak Ix • 1000 40 3 0.75 0.5 3.1 15O 17O 10 - - 7.8 4.1 260 22 8 1.68 2006 IXTP1N100 TO-220 Ix - 1000 54 6 1.5 0.9 2.3 8300 11000 10 - - 14.5 7.5 400 37 13 0.93 2002 FQD2N100 D-Pak F • 1000 50 6.4 1.6 1 2.5 7100 9000 10 - - 12 6.5 400 40 5 0.79 2001 STD2NK100Z D-Pak ST 1000 70 7.4 1.85 1.16 1.8 6250 8500 10 • - 16 9 499 53 9 2.19 2006 STP2NK100Z TO-220 ST 1000 70 7.4 1.85 1.16 1.8 6250 8500 10 • - 16 9 499 53 9 2.16 2006 IRFBG20 TO-220 IR - 1000 54 5.6 1.4 0.86 2.3 8000 11000 10 - - 27 15 500 52 17 1.02 1993 IRFBG30 TO-220 IR - 1000 125 12 3.1 2 1 4000 5000 10 - - 50 30 980 140 50 1.31 1993 STP5NK100Z TO-220 ST 1000 125 14 3.5 2.2. 1 2700 3700 10 • - 42 22 1154 106 21 2.52 2005 FQA8N100 TO-3P F - 1000 225 32 8 5 0.56 1200 1450 10 - - 53 23 2475 195 16 2.28 2005 IXTX24N100 TO-247 Ix - 1000 568 96 24 16 0.22 333 400 10 - - 267 142 8700 785 315 15.53 2009 FQP9N90C TO-220 F - 900 205 32 8 2.8 1.85 1120 1400 10 - - 45 18 2100 175 14 1.73 2002 FQD1N80 DPak F • 800 45 4 1 0.63 2.78 15000 20000 10 - - 5.5 3.3 150 20 2.7 0.22 1999 STQ1NK80 TO-92 ST 800 3 5 0.25 0.16 40 13000 16000 10 • - 7.7 4.5 160 26 7 0.35 2004 STN1NK80 SOT-223 ST 800 2.5 5 * * 50 * * * • - * * * * * 0.75 2004 STD1NK80 DPak ST 800 45 5 * * 2.78 * * * • - * * * * * 0.64 2004 SPP02N80C3 TO-220 Inf 800 42 6 2 1.2 3 2400 2700 10 - - 12 6 290 130 6 1.04 2005 FQP7N80C TO-220 F - 800 167 26 6.6 4.2 0.75 1570 1900 10 - - 27 11 10 1.25 2000 SPP11N80C3 TO-220 Inf 800 156 33 11 7.1 0.8 390 450 10 - - 50 25 1600 800 40 2.72 2003 Notes: (a) sorted by voltage groups, then by descending RDS(on); parts with rated below 55V are not included; many MOSFETs have an alphanumeric part-number scheme, e.g., 10N60, where 10 is the continuous current capability, N means n-channel, and the last number is Vdss/10, so 60 means 600 volts; for these parts a prefix letter usually indicates the package type. (*) same as row above. (b) the maximum continuous current with Tc = 25°C (manifestly impossible), assuming Tj = 150°C; in some cases the current is limited by the package (bonding wires). (c) Pdiss for Tcase=25°C from datasheet. (e) at Tj = 25°C. (k) parts in italics have super-junction technology, specs are at Vds = 50 or 100V. (m) max. (n) Cr = Cree, F = Fairchild, Inf = Infineon, IR = International Rectifier, Ix = IXYS, N = NXP, R = Renesas, ST = STMicroelectronics, Su = Supertex, To = Toshiba, V = Vishay. (p) package types (check datasheet to see which pkgs the mfgr offers for that part); plastic power types with three leads are (largest first): TO-264 with 0.215" lead spacing (to match TO-3 center hole and insulated side mounting notches), TO-247 (same spacing, optional center hole), TO-3P (same spacing and center hole, both to match TO-3), TO-220 (smaller with 0.2" tab with hole, 0.1" lead spacing, very popular); the I2-PAK (TO-262) is a “sawed-off TO-220” stand-up part with 0.1" pitch (three leads plus tab), while the D2-PAK (TO-263) is an SMT version (2 leads plus tab); the I-PAK (TO-251) is a smaller version of the I2-PAK (i.e., stand-up, 3 leads plus tab, 0.09" pitch), with its corresponding D-PAK (TO-252) SMT version (2 leads plus tab); SOT-223 three leads 0.09" spacing with short tab; power SO-8P is similar to SOIC-8 with a metal “power pad”; LFPAK=SOT669 has SO-8 footprint replacing 4 pins with drain tab; the SOT-227 package measures 1x1.5 in, has four #4 captive-nut spade-lug lead connections, and a super-useful insulated metal heat-sink plate. (q) qty 100. (r) Pds typ for Tj = 25°C; if hot, scale by 1.5 to 2x for low-voltage parts, or by 2.2 to 3.5x for high-voltage parts, see Chapter 3x. (s) total gate charge to VGS; gate switching loss = Qq^qs^- (s2) drain capacitive switching loss = CossVps2f. (t) typical. (v) at the Vgs at which PDS(on) is specified. (w) newer -N version costs less, but has higher Rqjc- (x) this is a silicon-carbide (SiC) rather than silicon MOSFET; these have lower capacitance but require higher gate voltages. (y) est’d year-of-introduction; see “A 30-year MOSFET Saga” in chapter 3x. (z) guideline conservative estimate, saturated switch at Vgs, Tc = 70°C. Usage comments: • when scanning the list for low Coss, or maximum power, or low Ron, etc., you may find a better part for your spec, with much higher Vdss than required -- especially true for high-power capability, a linear servo or pass transistor. • 500V parts have been superceded by 600V parts by many manufacturers. • linear apps often need power dissipation capability, this is often better with older large-die parts; newer designs use narrow V-grooves to achieve low RDS(on), and therefore require much less die area. There are good candidates in the table.

Table 3.4b n-channel Power MOSFETs, 55V to 4500Va (page 2 of 3)

Part #k Packagep Manufactured Surface mount Vdss 25°C (V) c Pdiss (W) Id (Vgs=1 0V) RDS(on) at Gate zener Superjunctionk Charge Capacitances,s2 (VDS=25Vk) Costq US $ year of introy

Table 3.4b n-channel Power MOSFETs, 55V to 4500Va (page 3 of 3)

Part #k Packagep C 0 O D C C ? o E 0 o C/5 Vdss 25°C (V) c Pdiss (W) Id (/gs=10V) R0JC (°C/W) e RDS(on) at 0 C 0 0 0 CD -2L C o o c 0 Q. U) Charge Capacitances,s2 (/DS=25Vk) Costq US $ year of introy 0 V) 3 CL (A) _Q O 0 LO C\J (A) o O o Is- (A) ~V>S Qg typ (nC)‘ qGd typ (nC)t Cjss typ (pF) Coss typ (pF) Crss typ (pF) typr (mO) max (mO) /ds (V) 200-400V IRF710 TO-220 IR - 400 36 6 2 1.2 3.5 3100 3600 10 - - 5.7 2.2 170 34 6.3 0.38 1980 IRF720 TO-220 IR - 400 50 13 3.3 2.1 2.5 1300 1800 10 - - 15 7 410 120 47 0.28 1980 IRF730 TO-220 IR - 400 74 22 5.5 3.5 1.7 740 1000 10 - - 24 13 700 170 64 0.53 1980 IRF740 TO-220 IR - 400 125 40 10 6.3 1.0 435 550 10 - - 43 21 1400 330 120 0.67 1981 STP7NK40Z TO-220 ST 400 70 22 5.4 3.4 1.78 850 1000 10 - - 19 10 535 82 18 1.13 2002 STP11NK40Z TO-220 ST 400 110 36 9 5.67 1.14 490 550 10 - - 32 18.5 930 140 30 1.45 2003 FQP17N40 TO-220 F - 400 170 64 16 10.1 0.74 210 10 - - 45 21.7 1800 270 30 1.45 2006 IRFP244 TO-220 V - 250 150 60 15 9.7 0.83 180 280 10 - - 63.0 39 1400 320 73 2.99 1997 FQP16N25 TO-220 F - 250 250 64 16 10 0.88 180 230 10 - - 27 15 920 190 23 1.36 2000 FQA30N40 TO-3P F - 400 290 120 30 19 0.43 107 140 10 - - 90 46 3400 580 60 3.53 1999 FDP33N25 TO-220 F - 250 235 132 33 20 0.53 77 94 10 - - 36.8 17 1640 30 39 1.23 2006 FDP2710 TO-220 F - 250 403 50 31 0.48 36 42 10 - - 78 18 5470 426 97 2.92 2007 FDA69N25 TO-3P F - 250 480 276 69 44 0.28 34 41 10 - - 77 37 3570 780 84 2.50 2006 IXTK120N25P TO-264 Ix - 250 700 300 120 80 0.18 19 24 10 - - 185 80 8000 1300 220 8.16 2004 IRF610 TO-220 IR - 200 36 10 3.3 2.1 3.5 1250 1500 10 - - 6.3 3.2 140 53 15 0.28 1980 IRL620 TO-220 IR - 200 50 21 5.2 3.3 2.5 630 800 5 - - 8.2 5.5 360 91 27 1.03 1993 IRF620 TO-220 IR - 200 50 18 5.2 3.3 2.5 550 800 10 - - 10.6 5 260 100 30 0.38 1980 IRL630 TO-220 IR - 200 74 36 9 5.7 1.7 290 400 5 - - 24 24 1100 220 70 1.08 1989 IRF630 TO-220 IR - 200 74 36 9 5.7 1.7 220 400 10 - - 27 14 800 240 76 0.46 1980 IRL640 TO-220 IR - 200 125 68 17 11 1.0 125 180 5 - - 42 24 1800 400 120 0.78 1992 IRF640 TO-220 IR - 200 125 72 18 11 1.0 130 180 10 - - 45 24 1300 430 130 0.59 1981 PSMN102-200Y LFPak N • 200 113 65 21.5 13.6 1.1 86 102 10 - - 31 10 1568 170 55 0.92 2008 IRFP260N TO-247 IR - 200 300 200 50 35 0.50 35 40 10 - - 234 110 4057 603 161 2.15 2009 IRFP4668 TO-247 IR - 200 520 520 130 92 0.29 8 9.7 10 - - 161 52 10720 810 160 4.88 2008 55-100V IRF510 TO-220 IR - 100 43 20 5.6 4 3.5 410 540 10 - - 5.2 2.2 180 81 15 0.35 1980 IRF520 TO-220 IR - 100 60 37 9.2 6.5 2.5 200 270 10 - - 10.3 3.9 360 150 34 0.38 1980 IRF530 TO-220 IR - 100 88 56 14 10 1.7 100 160 10 - - 16.2 7 670 250 60 0.44 1980 IRF540 TO-220 IR - 100 130 110 28 20 1.0 50 77 10 - - 47 17 1700 560 120 0.60 1980 FQP33N10 TO-220 F - 100 127 132 33 23 1.18 40 52 10 - - 38 18 1150 320 62 0.89 1995 PSMN039-100YS LFPak N • 100 74 112 28 20 1 31 40 10 - - 23 8 1847 86 64 0.57 2010 FQP44N10 TO-220 F - 100 146 174 43 31 1 30 39 10 - - 48 24 1400 425 85 1.02 2000 SUP85N10 TO-220 V - 100 250 240 85 60 0.6 10 12 5 - - 105 23 6550 665 265 4.88 2000 HUF75652G3 TO-247 F - 100 515 1200 75 h 75 0.29 6.7 8 10 - - 393 74 7585 2345 630 4.87 1998 IRFB4110 TO-220 IR - 100 370 670 180 120 0.4 3.7 4.5 10 - - 150 43 9620 670 250 2.84 2005 IRFZ14 TO-220 IR - 60 43 40 10 7.2 3.5 135 200 10 - - 9.7 4.7 300 160 29 0.44 1986 IRFZ24 TO-220 IR - 60 60 68 12 17 2.5 68 100 10 - - 19 8 640 360 79 0.53 1986 IRFZ34 TO-220 IR - 60 88 120 30 21 1.7 42 50 10 - - 30 15 1200 600 100 0.65 1986 IRFZ44 w TO-220 IR - 60 150 200 50 36 1.0 24 28 10 - - 42 17 1900 920 170 0.77 1986 IRLZ44N TO-220 IR - 55 110 160 47 33 1.4 20 25 5 - - 28 17 1700 400 150 0.47 1992 NDP6060L TO-220 F - 60 100 144 48 24 1.5 20 28 5 - - 43 21 1630 460 150 1.63 1995 IRL3705N TO-220 IR - 55 170 310 89 63 0.9 11 12 5 - - 95 49 3600 870 320 1.30 2004 IRFP054N TO-247 IR - 60 170 290 81 57 0.9 10 12 10 - - 130 53 2900 880 330 1.36 1996 IRL2505 TO-220 IR - 55 200 360 104 74 0.75 9 10 5 - - 130 67 5000 1100 390 1.65 1996 STP80NF55-08 TO-220 ST 55 300 320 80 h 80 0.5 6.5 8 10 - - 112 40 3740 830 265 2.57 2007 IRF3205Z TO-220 F - 55 170 440 110 78 0.9 4.9 6.5 10 - - 76 30 3450 550 310 1.26 2001 IRF1405 TO-220 IR - 55 330 680 169 118 0.45 4.6 5.3 10 - - 170 62 5480 1210 280 1.76 2001 FDP025N06 TO-220 F - 60 395 1060 265 120 0.38 1.9 2.5 10 - - 174 50 11190 1610 750 3.41 2006 FDP020N06B TO-220 F - 60 333 1252 313 221 0.45 1.65 2.0 10 - - 87 34 16100 3640 127 3.79 2011

Отрицательный температурный коэффициент ( “tempco” ) тока стока \(I_D\) при фиксированном напряжении \(V_{GS}\) является причиной появления в сообществе аудиофилов неверного и вредного представления о ситуации. Речь идёт о якобы допустимости параллельного включения мощных МОП приборов без последовательных балластных резисторов ( которые совершенно необходимы биполярным транзисторам 80 ) и без учёта дополнительных обстоятельств. Работать рез резисторов можно , если МОП транзистор работает в режиме большого тока, характеризующегося отрицательным температурным коэффициентом. Но на практике работать только в этой области нельзя из-за ограничений по мощности рассеяния ( §9.4.1.A ). А при низких токах температурный коэффициент положителен и дестабилизирует ситуацию: один из параллельных транзисторов будет «захватывать» больше тока и перегреваться, часто с преждевременным выходом из строя. Ситуация исправляется небольшими балластными резисторами последовательно с каждым МОП транзистором, Сами транзисторы должны быть однотипными приборами, выпущенными одним производителем [* а ещё лучше из одной партии ] , а резистор подбирается под падение порядка вольта на рабочем токе.

В переключательных схемах мощные МОП транзисторы можно запараллеливать без опаски. Дело в том, что здесь транзисторы работают в резистивном режиме с низким \(V_{DS}\) [* в открытом состоянии ] . Этот режим практически постоянного сопротивления \(R_{ON}\) , что отличает его от области высоковольтного «токового насыщения», при котором близок к постоянному \(I_D\) . Именно положительный температурный коэффициент \(R_{ON}\) стабилизирует ток стока. В таком режиме балластные резисторы не нужны и нежелательны. Тема развивается в §3.6.3 .

3.5.2 Переключательные характеристики мощных МОП транзисторов

Большая часть мощных МОП транзисторов относится к обогащённым приборам. Доступны обе полярности: и n-МОП, и p-МОП. Основными параметрами являются: напряжение пробоя \(V_{DSS}\) ( 12 V–4.5 kV у n-канальных и до 500 V у p-канальных ), сопротивление открытого канала \(R_{DS(ON)}\) ( до 0.8 mΩ ), допустимая токовая нагрузка ( до 1000 A ), рассеиваемая мощность ( до 1000 W ) и ёмкости затвора - \(C_{RSS}\) ( до 2'000 pF ) и \(C_{ISS}\) ( до 20'000 pF ).

Но весь этот жаркий кремниевый карнавал надо как следует остудить . Величина допустимого тока и рассеиваемая мощность указываются для температуры корпуса 25°C при допустимой температуре перехода 175°C [* см. §9.4 ] , а данные по сопротивлению канала \(R_{ON}\) приведены для температуры 25°C уже самого перехода . Если вы не работаете в Антарктиде, достичь таких совершенно нереалистичных цифр в переключательной схеме, работающей какое-то время, не удастся 81 . См. разбор вопроса в §3.5.4.D .

80 Данное положение обуславливается положительным температурным коэффициентом \(I_C\) при постоянном \(V_{BE}\) , см. §2.3 , ##§X2.2.   <-

81 В их защиту можно заметить, что в справочных данных даются понижающие коэффициенты, о которых все как-то забывают, заворожённые цифрами на первой странице. <-

Previous part:

Next part: