ляемьш током (требуется инжекция неосновных носителей в базу), а полевые транзисторы к приборам, управляемым напряжением (необходимым для протекания тока стока), следует признать, что при переключениях с большой частотой и биполярные, и полевые транзисторы становятся приборами, управляемыми зарядом. Следовательно, можно ожидать, что в подходе к определению их характеристик как переключателей у транзисторов обоих типов должно быть много общего. Следовательно, можно выяснить, что надо знать о мощных ПТ, используемых в режиме переключения, рассмотрев руководства по применению переключающих биполярных транзисторов и сравнив справочные данные по биполярным и мощным полевым транзисторам.

Из проведенного в предыдущих главах обсуждения (в первую очередь, из гл. 5), а также из литературы известно, что для разработки высококачественного переключателя необходимо, в первую очередь, понять поведение транзистора при его попадании в режим насыщения. При использовании биполярного транзистора необходимо знать и его коэффициент усиления тока базы, чтобы установить требования к сигналу управления. Известно, что в случае мощного МДП-транзистора требуемый ток стока устанавливается выбором соответствующего напряжения затвора (см. рис. 4.6). Для полевого транзистора необходимо определить напряжение насыщения (т. е. напряжение сток- исток в замкнутом состоянии при переключении) и условия управления полевым транзистором, обеспечивающие максимальную эффективность его применения. Для этого можно поступить так же, как в руководствах по применению переключающих биполярных транзисторов: построить зависимости напряжения [/и от [/3 при различных значениях тока /с. Поскольку справочные данные по мощным ПТ в этом отношении очень неполные, необходимо их дополнить, чтобы они действительно давали информацию по этим характеристикам в области малых напряжений U. На рис, 11.1 приведены эти характеристики для обычного мощного МДП-транзистора. По таким графикам нетрудно определить область отсечки и области работы в пентодном и триодном режимах. Границу между двумя лоследними областями можно описать выражением

fCH = f/3H-nop- (11-1)

При использовании мощного МДП-транзистора в качестве переключателя необходимо хорошо представлять значения контролируемого тока. Графики на рис. 11.1 можно использовать для определения необходимого управляющего напряжения на затворе, эффективность дальнейшего повышения этого напряжения и абсолютный минимум достижимого напряжения насыщения. Из приведенных графических зависимостей можно понять многое из того, что трудно установить, используя обычно приводимые в справочных данных графические зависимости тока /с от напряжения Ucii . Однако необходимо учитывать температуру окружающей среды, для которой получены эти характеристики. Приведенные 270

характеристики соответствуют температуре 25° С, Вместе с тем необходимо сразу оговориться, что, например, для переключаемого тока стока 8 А, при котором минимальное напряжение насыщения равно 3,6 В (см. рис. 11.1), будет наблюдаться значительный локальный разогрев полупроводникового кристалла, изменяющий несколько характеристики транзистора.

J I I I I I (.

5 6 7 8 910

1-I-гт~г

•/с=8А

-0,5

-0,2

(1111

5 6 7 8 9100

РисП,!, Зависимости сизи снятые при различных токах стока УМДП-

транзистора типа VN64GA

Возвращаясь к типовым справочным данным, приводимым для мощного МДП-транзистора, отметим, что все его емкости обычно измеряются при напряжении на затворе ниже порогового. Даже тогда, когда дается более детальная информация, она приводится лишь в виде зависимостей емкостей от изменения напряжения сток -исток. Этой информации недостаточно, если требуется определить параметры сигнала, управляющего транзистором, работающим в режиме переключения. Необходимо знать, как изменя-

ется входная емкость МДП-транзистора в процессе его отпирания. Иметь зависимость, аналогичную показанной на рис. 8.4 (она получена для того же транзистора, что и зависимости, приведенные на рис. 11.1), было бы лучше всего, но ее получение представляет достаточно трудоемкий процесс. Более целесообразно дать значения емкостей Сзи и Сзс (последняя позволяет оценить действие эф- . фекта Миллера) при каком-то одном напряжении затвор - исток, которые можно было бы взять за наихудшие значения при расчете переходных процессов в цепи затвора и оценке времени переключения транзистора. То, что эти емкости действительно изменяются, очевидно из рис. 7.11.

Также очень важно знать, соответствуют ли тепловые свойства мощного ПТ условиям его работы. Здесь многое зависит от топологии транзистора. Ранее уже рассматривалось влияние плотности размещения ячеек в многоканальной структуре на характер протекания в ней тока (см. рис. 4.15 - 4.17); очевидна взаимосвязь распределений потоков тепла и токов в кристалле - они совпадают. Следует отметить, что использование при монтаже кристалла на основание корпуса мягкого припоя приводит к меньшему тепловому сопротивлению по сравнению с эвтектическим сплавом золота с кремнием. Излишне говорить о том, что тепловое сопротивление, указываемое в справочных данных, должно быть низким. Оно обычно обозначается как Rqjq (кр-кор) и имеет размерность градус на ватт.

11.3. Выбор мощного полевого транзистора для управления электродвигателем

Если считать, что устройства управления электродвигателями строятся на основе ШИМ, то тогда все сказанное в предыдущем разделе будет также применимо и к выбору мощных ПТ для таких устройств. Помимо полного понимания требований к сигналу управления (которое можно получить, пользуясь зависимостями, аналогичными приведенным на рис. 11.1) и к временам переключений (в первую очередь, к длительности перехода в закрытое состояние), необходимо еще уделить особое внимание поведению полевого транзистора при перек-лючении индуктивной нагрузки, которая характерна при управлении многофазными асинхронными электродвигателями с помощью ШИМ. Главной задачей в этом случае является выбор мощного полевого транзистора, способного работать при большом напряжении и переключать значительный ток, оставаясь при этом настолько далеко от границ области безопасной работы, чтобы выдержать аварийную ситуацию, созданную электродвигателем. Наиболее часто встречается ситуация, когда ток сильно возрастает при остановке электродвигателя. Потенциально более серьезная ситуация возникает при чрезмерном увеличении скольжения электродвигателя вследствие его перегрузки, которое вызывает значительные потери мощности, обуслов-