Výkonové tranzistory MOSFET

Stengl, Jens-Peer: Leistungs-MOS-FET-Praxis / Jens Peer Stegl ; Jenö Tihanyi 2, neu bearb Aufl - München : Pflaum, 1992 ISBN 3-7905-0619-2 NE: Tihanyi, Jenö 1992 by Richard Pflaum Verlag KG München Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachrucks, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wiedergabe auf fotomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten Hinweis Die Schaltungen in diesem Buch werden allein zu Lehr- und Amateurzwecken und ohne Rücksicht auf die Patentlage mitgeteilt Eine gewerbliche Nutzung darf nur mit Genehmigung des etwaigen Lizenzinhabers erfolgen Trotz aller Sorgfalt, mit der die Schaltungen und der Text dieses Buches erarbeitet und vervielfältigt wurden, lassen sich Fehler nicht völlig ausschließen Es wird deshalb darauf hingewiesen, daß weder der Verlag noch der Autor eine Haftung oder Verantwortung für Folgen welcher Art auch immer übernimmt, die auf etwaige fehlerhafte Angaben zurückzuführen sind Für die Mitteilung möglicherweise vorhandener Fehler sind Verlag und Autor danbar Jens Peer Stengl, Jenö Tihanyi Zapojení uvedená v této knize jsou urèena pouze pro úèely výuky a potøeby amatérù bez ohledu na patentová práva Komerèní využití je možné pouze se svolením pøípadných majitelù licencí Pøes veškerou péèi, s níž byl text a schémata zapojení zpracovány a rozmnožovány, nelze chyby zcela vylouèit Je proto tøeba poukázat na to, že ani nakladatelství ani autor nepøebírají záruky ani odpovìdnost za jakékoliv následky vyplývající z eventuálnì chybných údajù Za sdìlení pøípadnì se vyskytnuvších chyb jsou však nakladatelství i autor vdìèni Veškerá práva vyhrazena Nakladatelství BEN - technická literatura, Praha 1999 Translation Ing Jan Humlhans, Praha 1999 Stengl, Tihanyi: BEN - technická literatura, Praha 1999 1 èeské vydání ISBN 80-86056-54-6 (BEN - technická literatura) Orig : ISBN 3-7905-0619-2 (Richard Pflaum Verlag)

OBSAH PØEDMLUVA 7 1 ZÁKLADY POLOVODIÈOVÉ TECHNIKY, STRUKTURA A FUNKCE VÝKONOVÝCH TRANZISTORÙ ØÍZENÝCH POLEM 9 2 HISTORIE VÝVOJE VERTIKÁLNÍCH VÝKONOVÝCH TRANZISTORÙ MOS 23 2 1 Tranzistor VMOS 28 2 2 Tranzistor UMOS 28 2 3 Tranzistor DMOS 29 2 4 Tranzistor SIPMOS 30 2 5 Pøehled nejdùležitìjších tranzistorù MOSFET 31 3 VLASTNOSTI TRANZISTORÙ MOS 33 3 1 Prùrazné napìtí mezi kolektorem a emitorem U (BR)DSS a odpor mezi kolektorem a emitorem v sepnutém stavu R DS(on) 34 3 2 Napìtí hradlo-emitor U GS 41 3 3 Svodový proud hradlo-emitor I GS 42 3 4 Prahové napìtí U GS(th) 42 3 5 Kolektorový proud I DS 45 3 6 Strmost (pøenosová vodivost) g fs 46 3 7 Stejnosmìrný proud I DR a impulzní proud inverzní diody I DRM 49 3 8 Propustné napìtí U SD 49 3 9 Náboj a doba závìrného zotavení (Q rr a t rr ) 49 3 10 Povolená pracovní oblast 50 3 11 Pøechodová tepelná impedance Z thjc 51 3 12 Lavinový prùraz (Odolnost vùèi prùrazu) 52 3 13 Náboj hradla 55 3

4 CHOVÁNÍ VÝKONOVÝCH TRANZISTORÙ MOSFET PØI SPÍNÁNÍ 59 5 INTEGROVANÁ INVERZNÍ DIODA 73 6 TRANZISTOR IGBT 83 6 1 Rozdíl od výkonového tranzistoru MOSFET 83 6 2 Základní struktury 85 6 3 Spínací vlastnosti 86 7 INTELIGENTNÍ VÝKONOVÉ TRANZISTORY MOSFET (SMART-FET) 89 7 1 Vlastnosti inteligentních výkonových souèástek s tranzistory MOSFET 89 7 1 1 Monoliticky vytváøené obvody SMART-FET 89 7 1 2 Obvody SMART-FET èip na èipu 90 7 2 TEMP-FET (Temperature Protected FET - MOSFET s tepelnou ochranou) 91 7 3 Inteligentní výkonový MOSFET (PRO-FET) 96 8 VÝKONOVÉ TRANZISTORY MOSFET V PRAXI 105 8 1 Zacházení 105 8 2 Ochranná opatøení 107 8 3 Výhodné zpùsoby øízení a øídicí IO 109 8 4 Vlastnosti ideálního øídicího obvodu 110 8 5 Hradla CMOS, vlastnosti 114 8 6 Komplementární emitorový sledovaè, vlastnosti 114 8 7 Komplementární kolektorový budiè, vlastnosti 115 8 8 Budicí stupeò totem pole, vlastnosti 115 8 9 Jednoduchá transformátorová vazba, vlastnosti 116 8 10 Paralelní spojování tranzistorù MOSFET 123 8 11 Chlazení 125 8 12 Zásady použití výkonových tranzistorù MOSFET pro spínání induktivních zátìží 127 8 13 Indukènost jako parazitní prvek 127 8 14 Indukènost jako zátìž 129 8 15 Spínání uzemnìné zátìže 131 4

8 16 Øízení otáèek stejnosmìrných motorù 134 8 17 Mìnièe umožòující provoz trojfázových motorù z jednofázové sítì 136 8 18 Elektronický pøedøadník pro záøivky 139 8 19 Spínané napájecí zdroje (SNZ) s výkonovými tranzistory MOS 141 8 20 Spínaný napájecí zdroj (SNZ) 220 V~/5 V, 20 A s výkonovými tranzistory MOS 144 8 21 Výkonový MOSFET jako øízený usmìròovaè 151 8 22 Øízení motorku pro modely 153 8 23 Vysokonapì ové spínaèe s nìkolika výkonovými tranzistory MOSFET v sérii 154 8 24 Kombinace bipolárních tranzistorù a tranzistorù MOS 156 8 25 Bipolární tranzistor vyrobený technologií MOS 157 8 26 Spínaè støídavého proudu pro bìžné použití 159 8 27 Výkonový zesilovaè HiFi s tranzistory SIPMOS 164 8 28 Analogový spínaè s nízkým odporem 169 8 29 Polovodièové relé s výkonovými tranzistory MOSFET 170 8 30 Výkonový operaèní zesilovaè 171 8 31 Použití nízkovýkonových tranzistorù 171 8 32 Použití obvodù SMART-FET 175 OZNAÈENÍ A SYMBOLY 180 LITERATURA 183 PØÍLOHA 184 Knihy nakladatelství BEN - technická literatura 184 Univerzální kreslicí program VISIO 190 Adresy a spojení na firmu BEN - technická literatura 191 Pár slov o nás 192 5

PØEDMLUVA NÌMECKÉHO VYDÁNÍ Pokud se pøed èasem hovoøilo o výkonových spínaèích, myslely se tím diody, tyristory, triaky a snad ještì, v pøípadì nižších napìtí a výkonù, bipolární výkonové tranzistory Zdálo se, že technika køemíkových výkonových polovodièových prvkù dosáhla svého závìreèného stádia Žádný zásadnì nový vývoj na obzoru nebyl a odborníci se dlouhodobì zamìøili na klasická øešení s uvedenými výkonovými souèástkami Vypadalo to, jakoby v dùsledku jiných priorit, nemìl pøekotný vývoj mikroelektroniky v sedmdesátých letech na výkonovou elektroniku žádný vliv Nebylo však tomu tak Situace se zmìnila od základu asi od roku 1980 Tehdy se na trhu objevily nové výkonové spínací prvky, výkonové tranzistory MOS Již v prvních letech po svém objevení zpùsobily ve výkonové elektronice výrazné zmìny Vykázaly vlastnosti dosud u výkonových spínaèù nepøedstavitelné a pøinesly možnosti nových, lepších, spolehlivìjších a levnìjších systémových øešení Tato kniha si klade za cíl pøesvìdèit uživatele výkonových spínaèù všeho druhu o mnoha výhodách nových moderních výkonových souèástek øízených polem a pøedat zkušenosti, které autoøi pøi práci s výkonovými tranzistory MOS shromáždili 6

PØEDMLUVA ÈESKÉHO VYDÁNÍ Pøesto, že tato kniha nepatøí k nejaktuálnìjším, rozhodli jsme se ji vydat Hlavním dùvodem bylo to, že podobná kniha u nás doposud neexistuje Tranzistory MOSFET mají svùj vrchol ještì daleko pøed sebou a bylo by škoda informace o nich nezveøejnit Jistì po nìjaké dobì pøibude v elektrotechnických èasopisech více konstrukcí na bázi unipolárních výkonových tranzistorù Libor Kubica nakladatelství BEN - technická literatura 7