Spis treści:
Tranzystory to elementy, które robią furrorę w świecie elektroniki już od czasu ich wynalezienia. Co więcej, ten wynalazek ukierunkował tory, którymi ludzkość podąża wszędzie tam, gdzie mamy do czynienia z elektroniką. Obok tranzystorów bipolarnych, nie sposób przejść obojętnie obok tranzystorów unipolarnych, takich jak np. IRF3205S, nad którym pochylimy się w tym artykule!
IRF3205S - wprowadzenie
IRF3205 to tranzystor N-HEXFET. HEXFET to MOSFET mocy, który można łatwo znaleźć w obudowie TO-220AB. Zakres napięcia roboczego tego tranzystora wynosi 55V. Ten tranzystor jest używany głównie w układach mocy pracujących w topologii pełnego mostka, a także w układach zasilających dynamicznych, gdzie liczy się prędkość zmian napięcia dv/dt. Niektóre inne aplikacje, takie jak konwertery doładowania, inwertery solarne, aplikacje niestandardowe, a także układy kontroli prędkości obrotowej, również korzystają z tego tranzystora. Układ ten jest uważany za element konstrukcyjny wielu zastosowań elektronicznych, w których głównym problemem jest szybkie przełączanie, ponieważ należy do kategorii przyrządów półprzewodnikowych o ultraniskiej rezystancji, które opierają się wyłącznie na zaawansowanej technologii procesowej w jego strukturze półprzewodnikowej.
MOSFET o dużej obciążalności termicznej
IRF3205 został wprowadzony przez przedsiębiorstwo International Rectifier. Głównym celem wprowadzenia tego tranzystora było wygenerowanie ekstremalnie niskiego oporu na powierzchnię krzemu. Jest to MOSFET mocy, który opiera się głównie na technologii Advance Process Technology i dlatego jest szeroko stosowany w aplikacjach wymagających szybkiego przełączania. IRF3205 jest również znany jako przełącznik sterowany napięciem, ponieważ jest to MOSFET mocy i składa się z obudowy z trzema wyprowadzeniami, tj. bramką, źródłem i drenem. Napięcie dostarczane do bramki może być wykorzystane do sterowania przepływem prądu z drenu do źródła. Maksymalna temperatura robocza złącza dren-źródło wynosi 175*C, co wraz z niską rezystancją termiczną sprawia, że jest to właściwy wybór do rozpraszania mocy około 50W w komercyjnych zastosowaniach przemysłowych.
W porównaniu do innych MOSFET-ów, IRF3205 różni się tym, że ma grubą warstwę dwutlenku krzemu na wyprowadzeniu bramki i nie może ulec uszkodzeniu pod wpływem wysokiego napięcia wejściowego, podczas gdy inne MOSFETy mogą ulec uszkodzeniu, gdy są używane w obwodach napędzających wysokie napięcie wejściowe, ponieważ mają cienką warstwę tlenku, wpływając w ten sposób na ogólną wydajność tego urządzenia. Ten MOSFET mocy może być również używany do obsługi silników prądu stałego dużej mocy, zastosowań przemysłowych, a także elektronarzędzi ręcznych takich jak szlifierki kątowe i wiertarki udarowe.
Zasada działania tranzystora IRF3205S
Wyprowadzenia drenu, bramki i źródła tego MOSFET-a mocy są analogiczne do wyprowadzeń emitera, bazy i kolektora obecnych w bipolarnym tranzystorze złączowym. Źródło i dren tego MOSFET-a mocy są wykonane z materiału typu n. Elementem rdzennym tego MOSFET-a mocy jest podłoże wytwarzane z półprzewodnika typu p. Aby nadać konstrukcję półprzewodnika z tlenku metalu, na warstwie podłoża znajduje się dodatkowa warstwa tlenku krzemu. Proces przewodzenia odbywa się wraz z ruchem elektronów, stąd także zamiennie używana nazwa tranzystor unipolarny. W celu odizolowania terminala bramkowego od całego rdzenia przyrządu, należy umieścić warstwę izolacyjną. Obszar pomiędzy źródłem a drenem nazywany jest kanałem N. Sterowanie tym kanałem N odbywa się za pomocą poziomu napięcia występującego na bramce.
W porównaniu z tranzystorem BJT, MOSFET wyprzedza konkurencję, a powodem tego jest to, że nie jest potrzebny prąd wejściowy do sterowania dużą ilością prądu w kanale dren – źródło. Jeżeli do struktury MOS zostanie przyłożone napięcie dodatnie, rozkład ładunku w urządzeniu zmienia się w taki sposób, że dziury znajdujące się pod warstwą tlenku muszą stawić czoła sile, powodując w ten sposób ruch otworów w dół. Należy jednak pamiętać, że ograniczone ładunki ujemne są zawsze połączone z atomami akceptorowymi i są odpowiedzialne za gromadzenie się obszaru zubożenia. Jeśli elektrony zostaną przyłożone w dużej ilości, okażą się przydatne, zwiększając przewodność całego kanału, powodując w ten sposób zmianę podłoża w celu przekształcenia w materiał typu N.
Parametry techniczne tranzystora IRF3205S
- Maksymalny ciągły prąd drenu ID = 110A @VGS = 10V
- Prąd drenu w impulse: ID MAX = 390A
- Strata mocy w temperaturze 25*C: Po = 200W
- Liniowy współczynnik obniżenia wartości znamionowej: 1,3 W/°C.
- Napięcie bramka-źródło: VGS = ± 20 V.
- Prąd lawinowy: I AV = 62A
- Powtarzalna energii lawinowa: E AV = 0,02 Jdv/dt.
- Szczytowy odzysk diody: dv/dt =i 5 V/ns.
- Maksymalna temperatura lutowania: 300*C @ t =< 10s
- Maksymalna temperatura robocza: 175*C.
- Obudowa: TO-220AB
- Typ przewodnictwa: N–HEXFET
- Czas narastania: 110 ns
- Rezystancja Dren-Źródło minimalna: RDSmin = 8mΩ
- Napięcie przebicia dren-źródło: VDSb = 55V
Powyższe warunki są istotne przy projektowaniu układów elektronicznych. Jeśli wartości te wartości zostaną przekroczone, może to mieć wpływ na wydajność i niezawodność urządzenia docelowego. Najbardziej preferowanym sposobem korzystania z tego urządzenia jest zapoznanie się z wymienionymi wartościami znamionowymi przed umieszczeniem IRF3205 w obwodzie i upewnienie się, że warunki obciążenia oraz warunki pracy są spełnione zgodnie z zaleceniami projektowymi.
Zastosowania praktyczne tranzystora IRF3205S
Tranzystor IRF3205 jest używany w wielu zastosowaniach, ale niektóre z głównych zastosowań, w których ten układ jest szeroko stosowany, są następujące:
- układy półmostkowe
- układy pełnomostkowe
- układy przełączające wysokiej częstotliwości
- stopnie mocy Push-Pull
- sterowanie prędkością obrotową napędów elektrycznych
- przekształtniki Buck-Boost
- inwertery solarne
