INFINEON: МОП компоненты CoolMOS, CoolSET, PFC CoolSET, OptiMOS, thinQ!

31 Pages·2010·0.329 MB·Russian

БИБЛИОТЕКА ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ®
ВЫПУСК 29
INFINEON: МОП(cid:5)компоненты
CoolMOS, CoolSET, PFC(cid:5)CoolSET,
OptiMOS, thinQ!
Москва
Издательский дом «Додэка(cid:20)XXI»
УДК 621.396 (035.5)
ББК 32.884я2
И69
Серия основана в 1999 г.
Выпускается и распространяется при участии фирмы «Платан» и сети магазинов «ЧИП и ДИП».
И69 INFINEON: МОП(cid:5)компоненты CoolMOS, CoolSET, PFC(cid:5)CoolSET, OptiMOS,
thinQ!— М.: Издательский дом «Додэка"XXI». — 32 с.
ISBN 978" 5"94120"073"3
В обзоре представлены новые компоненты силовой электроники фирмы «Infineon»: МОП"
транзисторы семейств CoolMOS и OptiMOS, микросхемы для управления импульсными ис"
точниками питания семейства CoolSET, корректоры коэффициента мощности семейства
PFC"CoolSET, а также сверхбыстродействующие карбидкремниевые диоды семейства thinQ!
Представлены таблицы основных параметров и рекомендации по применению.
Для специалистов в области электроники и радиолюбителей.
УДК 621.396 (035.5)
ББК 32.884я2
ISBN 978(cid:5) 5(cid:5)94120(cid:5)073(cid:5)3 © Издательский дом «Додэка"XXI»
® «Библиотека электронных компонентов», вып. 29
Все права защищены. Никакая часть этого издания не может быть воспроизведена в любой форме или
любыми средствами, электронными или механическими, включая фотографирование, ксерокопирование
или иные средства копирования или сохранения информации, без письменного разрешения издательства.
СОДЕРЖАНИЕ
1. ТРАНЗИСТОРЫ СЕМЕЙСТВА CoolMOS..........................................5 3.СЕМЕЙСТВО OptiMOS НИЗKОВОЛЬТНЫХ
МОП(cid:5)ТРАНЗИСТОРОВ..................................................................56
1.1.Введение.......................................................................................5
1.2.Типовые схемы применения транзисторов семейства CoolMOS..12 3.1.Введение.....................................................................................56
1.2.1. Обратноходовой преобразователь напряжения.................12 3.2.Основные параметры транзисторов семейства OptiMOS.............59
1.2.2. Повышающий преобразователь напряжения.....................12 3.2.1. Транзисторы с n"каналом и напряжением
V = 30 В...........................................................................59
1.2.3. Однотранзисторный прямоходовой преобразователь DS
напряжения........................................................................13 3.2.2. Транзисторы с n"каналом и напряжением
V = 40 В...........................................................................63
1.2.4. Полумостовой прямоходовой преобразователь DS
напряжения........................................................................14 3.2.3. Транзисторы с n"каналом и напряжением
V = 55 В...........................................................................63
1.2.5. Двухтранзисторный прямоходовой преобразователь DS
напряжения........................................................................15 3.2.4. Транзисторы с n"каналом и напряжением
1.2.6. Мостовой преобразователь напряжения............................16 VDS= 75 В...........................................................................66
1.2.7. Мостовой резонансный преобразователь напряжения......16 3.2.5. Транзисторы с n"каналом и напряжением
V = 100 В.........................................................................67
1.3.Руководство по выбору транзисторов семейства CoolMOS..........17 DS
1.3.1. Обратноходовой преобразователь напряжения.................19 3.2.6. Транзисторы с n"каналом и напряжением
V = 200…240 В................................................................68
1.3.2. Повышающий преобразователь напряжения DS
(корректор коэффициента мощности)...............................21 3.2.7. Обедненные МОП"транзисторы с n"каналом.....................69
1.3.3. Прямоходовой однотранзисторный преобразователь 3.2.8. Транзисторы с p"каналом и напряжением
напряжения........................................................................21 VDS= –20…–30 В................................................................70
1.3.4. Прямоходовой двухтранзисторный преобразователь 3.2.9. Транзисторы с p"каналом и напряжением
напряжения........................................................................22 V = –60…–240 В..............................................................72
DS
1.3.5. Мостовой резонансный преобразователь напряжения......24 3.2.10. Kомплементарные МОП"транзисторы..............................74
1.4. Ближайшие типы транзисторов семейства CoolMOS, 3.3.Замена МОП"транзисторами аналогичных изделий других
заменяющие традиционные транзисторы....................................24 изготовителей..............................................................................74
2. МИКРОСХЕМЫ СЕМЕЙСТВА CoolSET..........................................36 3.3.1. Основные параметры некоторых типов
МОП"транзисторов различных изготовителей
2.1.Введение.....................................................................................36 и их ближайшие аналоги фирмы «Infineon».........................74
2.2.Шим"контроллер TDA16822.........................................................37 3.3.2. Рекомендуемая замена традиционных
2.3.Шим"контроллер TDA1683x .........................................................42 МОП"транзисторов приборами семейства
OptiMOS.............................................................................89
2.4.Шим"контроллеры ICE2Aх65/765P/х80/х80Z и ICE2Bх65/765P ...46
2.5.Kорректоры коэффициента мощности ICE1PD265/165G..............52 4. КАРБИДКРЕМНИЕВЫЕ ДИОДЫ СЕМЕЙСТВА thinQ!...................91
Продукция фирмы «Elantec» 3
1. ТРАНЗИСТОРЫ СЕМЕЙСТВА CoolMOS
1. ТРАНЗИСТОРЫ СЕМЕЙСТВА CoolMOS
1.1. ВВЕДЕНИЕ
Исследования и разработки, проведенные за последние годы Использование технологии CoolMOS обеспечивает пятикратное
фирмой «Infineon» в области мощных полевых транзисторов, позво" снижение сопротивления R при той же активной площади крис"
DS_ON
лили выпустить на рынок новое поколение высоковольтных МОП" талла и таком же напряжении V , что и у аналогов, изготавливаемых
DS
транзисторов — транзисторы семейства CoolMOS. Эти приборы яв" по традиционной технологии (при напряжении V = 600 В). В свою
BR_DS
ляют собой революционный прорыв в своем классе, разрушая сло" очередь, это позволяет транзисторам семейства CoolMOS управлять
жившиеся представления о возможном соотношении напряжения в 2…3 раза большей мощностью, чем это возможно с традиционны"
пробоя VBR_DSи сопротивления в открытом состоянии RDS_ONвысоко" ми МОП"транзисторами в тех же корпусах. С другой стороны, с ис"
вольтных МОП"транзисторов. пользованием МОП"транзисторов семейства CoolMOS во многих
В классических МОП"транзисторах для увеличения максимально случаях появляется возможность использовать миниатюрные корпу"
допустимого напряжения сток—исток приходится увеличивать тол" са для поверхностного монтажа, что уменьшает габариты устройств
щину и снижать концентрацию примесей в n–"области (Рис. 1а). При преобразования энергии в целом, а также упрощает их сборку за счет
этом рост сопротивления канала происходит очень быстро (согласно исключения монтажа мощных транзисторов с пайкой в отверстия.
существующей эмпирической зависимости RDS_ONпропорционально Необходимо отметить, что использование миниатюрных корпу"
V в степени 2.4…2.6). сов с кристаллами малой площади приводит к увеличению теплового
BR_DS
сопротивления кристалл—корпус. Для транзисторов семейства
CoolMOS с таким же сопротивлением R , что и в традиционных
DS_ON
G G МОП"транзисторах, это тепловое сопротивление оказывается при"
S S
мерно в два раза большим. Однако тепловое сопротивление крис"
p+ n+ p+ n+ талл—окружающая среда при этом увеличивается примерно лишь на
10%, то есть не существенно.
n– p n p Другим следствием использования кристаллов малой площади
n–epi являются несколько меньшие значения предельно допустимых токов
n+sub n+sub (Cкoаoкl MпOосSт опяон снроагвон, етнаикю ис иихм ппаулрьасмнеотгрои)ч еус ктирманиз аинсатлооргоавм ис етмраедйисцтвиа"
D
D онных типов. Вместе с тем заряд затвора транзисторов семейства
a) б) B29(cid:2)001(cid:2)IL1 CдиoцoиlMонOнSы, хт раенбаулеомгоывй ( дилзя"з пае мреенкльюшчеейн пиляо, щв а2д риа кзраи мсетнальшлае),, ччетмо суу тщреа""
ственно уменьшает мощность, необходимую для управления ими. Все
Рис. 1. Разрез структуры «классического» МОП(cid:5)транзистора (а) паразитные емкости у транзисторов семейства CoolMOS меньше, чем
и транзистора семейства CoolMOS (б) у традиционных аналогов, что снижает потери при переключениях.
Важным положительным свойством транзисторов семейства
CoolMOS серий S5 и C2 является повышенное на 1.5 В по сравнению
Главной особенностью транзисторов семейства CoolMOS явля" с традиционными транзисторами пороговое напряжение, что спо"
ется введение в их структуру p"областей, образующих с обеих сторон собствует снижению потерь при выключении в обратноходовых пре"
канала p(cid:2)n(cid:2)переходы (Рис. 1б). При этом электрическое поле, со" образователях. (Серия М2 имеет такое же пороговое напряжение,
здаваемое напряжением сток—исток, распределяется не только по как и традиционные транзисторы, т.е. 3 В типового значения.)
толщине структуры (как в МОП"транзисторах с традиционными тех" Транзисторы серии S5 относятся к первому поколению семейст"
нологиями изготовления), но и в поперечном направлении, а макси" ва CoolMOS с пробивным напряжением 600 В. Их отличает резко
мально допустимое напряжение сток—исток определяется свойства" уменьшенное значение сопротивления R и сравнительно высо"
ми этих p(cid:2)n"переходов. В свою очередь, при такой структуре оказы" кое внутреннее сопротивление цепи затвDоSр_OаN, что позволяет приме"
вается возможным использовать в n"области более низкоомный нять их при средних частотах коммутации.
кремний, что способствует снижению RDS_ON и делает его зависи" Транзисторы серии С2 относятся ко второму поколению семей"
мость от максимально допустимого напряжения сток—исток линей" ства CoolMOS (рабочие напряжения 600 и 800 В). Из"за сниженного
ной (см. Рис. 2). сопротивления цепи затвора и меньших паразитных емкостей они
могут быть использованы на частотах коммутации, значительно пре"
вышающих таковые для традиционных МОП"транзисторов и транзи"
RDS_ON × A [Ом × мм2] сторов CoolMOS серии S5.
20
«Классический»
Таблица 1.1. Внутреннее сопротивление цепи затвора
16 МОП(cid:5)транзистор
RDS_ON × A ~ VBR_DS 2.4...2.6 некоторых типов транзисторов семейства CoolMOS
12 Прибор Сопротивление [Ом]
SPD01N60S5 19.01
8 SPP02N60S5 7.7
SPP03N60S5 9.8
4 CoolMOS™ SPP04N60S5 19.74
SPP07N60S5 19.09
0
SPP11N60S5 28.52
0 200 40V0BR_DS6 [0В0] 800 1000 B29(cid:2)002(cid:2)IL2 SPP20N60S5 12.14
SPW47N60S5 8.7
SPP04N60C2 0.95
Рис. 2. Типовые зависимости сопротивления канала RDS_ONот SPP07N60C2 0.8
максимально допустимого напряжения сток—исток для «клас(cid:5) SPP11N60C2 0.86
сических» МОП(cid:5)транзисторов и транзисторов SPP20N60C2 0.54
семейства CoolMOS SPW47N60C2 0.62
4
1. ТРАНЗИСТОРЫ СЕМЕЙСТВА CoolMOS
Отличительные особенности серии С3: Необходимо отметить, что на практике потери в транзисторах
• наличие большего числа типономиналов с максимально допу" при выключении в значительной степени зависят от параметров ис"
стимым напряжением сток—исток 800 В; пользуемого диода. Наилучшие результаты могут быть достигнуты
• более высокие, чем у предшественников, значения макси" при использовании новейших карбидкремниевых диодов семейства
мального импульсного тока стока; thinQ! (см. раздел 4 настоящей публикации).
• меньшее время переключения при стандартном, для традици" На Рис. 5 приведены графики, иллюстрирующие зависимость
онных МОП"транзисторов, значении порогового напряжения; полных (жирная линия), статических и динамических потерь от со"
• совместимость практически с любой микросхемой управле" противления канала R традиционных МОП"транзисторов и тран"
DS_ON
ния; зисторов семейства CoolMOS. Kак следует из этих графиков, даже
• наиболее высокая в семействе CoolMOS способность выдер" при равном R общие потери у транзисторов семейства CoolMOS
DS_ON
живать перегрузки; почти в 2 раза меньше, чем у традиционных МОП"транзисторов. При
• в целом транзисторы серии С3 обеспечивают наименьшие по" выборе транзисторов семейства CoolMOS с меньшим R потери
DS_ON
тери. еще больше уменьшаются. В конечном счете транзисторы семейства
Графики на Рис. 3и Рис. 4построены по результатам исследо" CoolMOS обеспечивают преобразование на 30% большей мощности,
вания работы транзисторов семейства CoolMOS серий S5 и С2, а так" чем их традиционные аналоги с таким же сопротивлением R .
же сопоставимых с ними по R транзисторов традиционных ти" DS_ON
DS_ON
пов в схеме повышающего преобразователя напряжения с выходным
Полные
напряжением 380 В. Температура кристалла у традиционных транзи"
сторов поддерживалась равной 110°С, а у транзисторов CoolMOS — P [Вт] потери
10 Статические
125°С, чтобы учесть влияние более высокого теплового сопротивле"
нтриаян тзриаснтзоирсыт опреорвв осегом пеойксотвлае нCиoяo (lMS5O) Sо.к Kазаак лсилсеьд пуеот д иизн эатмиихч герсакфимик поов", 8 трОабМнызОчиПнсы(cid:5)тойр fVIRSMMWAS =X = =2 1 04 0A0 0кГ Вц PSTAT (Aп)о =те IR2рMиS • RON(A)
терям на уровне традиционных МОП"транзисторов, а у транзисторов 6
серии С2 эти потери в 2…3 раза меньше.
4
Динамические
CoolMOS™ потери
2 VMAX
E [мДж] 0 PON (A) = fSW ∫ CDS (V) • V • dV
00..87 0.1 RDS_1O.N0 [Ом] 10 0 B29(cid:2)005(cid:2)IL5
0.6
Y
0.5 Рис. 5. Зависимости статических, динамических и общих
0.4 X потерь традиционных и CoolMOS МОП(cid:5)транзисторов
Z от сопротивления R
0.3 SPP11N60S5 DS_ON
0.2 SPP11N60C2
Повышение рабочей частоты, достигаемое при применении
0.1
транзисторов семейства CoolMOS, позволяет уменьшить размеры
0 и вес пассивных элементов схем преобразователей напряжения и
0 20 RG 4[0Ом] 60 80 B29(cid:2)003(cid:2)IL3 уцлеулчошми.ть тем самым массо"габаритные показатели устройств в
Необходимо отметить, что высокая скорость переключения тран"
Рис. 3. Зависимости потерь при выключении зисторов семейства CoolMOS (особенно серии С2/3) может создать
проблемы из"за возбуждения электромагнитных помех широкого
МОП(cid:5)транзисторов различных типов от значения
спектра. Уровень этих помех зависит от множества факторов, вклю"
сопротивления резистора в цепи затвора в схеме
чающего в себя, кроме рабочей частоты, скорость изменения напря"
повышающего преобразователя напряжения
жения и тока при включении и выключении, расположение компонен"
тов на печатной плате и особенности ее разводки, конструкцию и ма"
териал корпусов устройств, использование экранов и т.д. Транзисто"
ры семейства CoolMOS, как и традиционные МОП"транзисторы, поз"
воляют уменьшать скорость изменения тока и напряжения при пере"
E [мДж]
0.7 ключении путем включения в цепь затвора внешнего резистора. Со"
ответствующие данные приведены на Рис. 6.
0.6
Из"за меньшей площади кристалла у транзисторов семейства
0.5 CoolMOS энергия лавинного пробоя меньше, чем у традиционных
SPP11N60S5 Y аналогов, и в их спецификации включены данные по устойчивости к
0.4 лавинному пробою как для одиночных, так и для повторяющихся им"
0.3 пульсов.
Z Вольт"амперная характеристика транзисторов семейства
0.2 X CoolMOS в режиме лавинного пробоя подобна характеристике стаби"
0.1 литронов, а максимально допустимый ток практически равен макси"
SPP11N60C2 мально допустимому постоянному току стока.
0
0 5 10ID [A]15 20 25 B29(cid:2)004(cid:2)IL4 опанрнаыВлх л сеМтлрОьунПкот"у тсрртеар нтузркиатсунтрзоеир.с отПвоа,р роиавмм есеееттмрсыеяй эспттаовргаоа з CдиoитoонlMдыайO уSд ,ти ркоаадкн, зиви кусл ттюоррчаоеднви нцсыией""
мейства CoolMOS сходны с таковыми у традиционных транзисторов и
Рис. 4. Зависимости потерь при выключении
при работе на высоких частотах не отвечают требованиям, предъяв"
МОП(cid:5)транзисторов различных типов от тока истока ляемым к демпфирующим диодам.
в схеме повышающего преобразователя напряжения В Табл. 1.2приведены основные параметры транзисторов се"
мейства CoolMOS.
5
1. ТРАНЗИСТОРЫ СЕМЕЙСТВА CoolMOS
di/dt [A/мкс] dv/dt [В/мкс] S P P 80 N 03 S2 L 03
2000 25000
1600 20000 RON в [мОм]
1200 15000 — L — для транзисторов с логическими
dv/dt уровнями управления
800 10000
Технология
400 5000
di/dt Максимальное напряжение (напряжение пробоя)
0 0 сток—исток, деленное на 10
0 20 40 60
RGATE [Ом] — N — n"канал
а) Включение — P — p"канал
di/dt [A/мкс] dv/dt [В/мкс] Максимальный постоянный ток стока IDmax
2000 100000
Тип корпуса:
1600 80000 — P — TO"220
— B — TO"263/D2"PAK
1200 60000 — D — D"PAK (TO"252)
— I — TO"262/I2"PAK
800 40000 — A — TO"220 (FullPAK)
di/dt — N — SOT"23
400 20000 — U — TO"251 (I"PAK)
dv/dt — W — TO"247
0 0
0 20 40 60 Прибор:
б) RВGыAкTлEю [Очмен]ие B29(cid:2)006(cid:2)IL6 Техно—ло Pги—я фМиОрПм"ытр «аInнfзinиeсoтоnр» B29(cid:2)007
Рис. 6. Типовые зависимости скорости изменения тока Рис. 7. Система обозначений мощных высоковольтных
и напряжения в транзисторах серии С2 семейства CoolMOS МОП(cid:5)транзисторов фирмы «Infineon»
от значения сопротивления внешнего резистора
в цепи затвора при включении (а) и выключении (б)
Таблица 1.2. Навигатор по транзисторам семейства CoolMOS
V R TO(cid:5)220 SMD TO(cid:5)220 TO(cid:5)262
DS DS_ON SOT(cid:5)23 TO(cid:5)252 (D(cid:5)PAK) TO(cid:5)251 (I(cid:5)PAK) TO(cid:5)220 TO(cid:5)247
[В] [Ом] (D2(cid:5)PAK) (Fullpak) (I2(cid:5)PAK)
550 5.6 SPD01N50M2 SPU01N50M2
6.0 SPN01N60S5 SPD01N60S5 SPU01N60S5
3.0 SPN02N60S5/C3 SPD02N60S5/C3 SPU02N60S5/C3 SPB02N60S5/C3 SPP02N60S5/C3
1.4 SPN03N60S5/C3 SPD03N60S5/C3 SPU03N60S5/C3 SPB03N60S5/C3 SPP03N60S5/C3
0.95 SPN04N60S5/C2/C3 SPD04N60S5/C2/C3 SPU04N60S5/C2/C3SPB04N60S5/C2/C3SPP04N60S5/C2/C3SPA04N60C2/С3
600
0.60 SPD07N60S5/C2/C3 SPU07N60S5/C2/C3SPB07N60S5/C2/C3SPP07N60S5/C2/C3SPA07N60C2/C3 SPI07N60S5/C3
0.38 SPB11N60S5/C2/C3SPP11N60S5/C2/C3SPA11N60C2/C3 SPI11N60S5/C3 SPW11N60S5/C2/C3
0.19 SPB20N60S5/C2/C3SPP20N60S5/C2/C3SPA20N60C2/C3 SPW20N60S5/C2/C3
0.07 SPW47N60S5/C2/C3
2.7 SPP02N80C3
1.3 SPP04N80C3 SPA04N80C3
0.9 SPD06N80C2/C3 SPP06N80C2/C3 SPA06N80C3
800
0.65 SPP08N80C3 SPA08N80C3
0.45 SPP11N80C3 SPA11N80C3 SPW11N80C3
0.29 SPB17N80C2/C3 SPP17N80C2/C3 SPA17N80C3 SPW17N80C2/C3
Примечания:
S5 — 1"е поколение семейства CoolMOS.
C2 — 2"е поколение семейства CoolMOS.
C3 — 3"е поколение семейства CoolMOS.
M2 — серия семейства CoolMOS, обладающая минимальной стоимостью.
6
1. ТРАНЗИСТОРЫ СЕМЕЙСТВА CoolMOS
1.2. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТРАНЗИСТОРОВ СЕМЕЙСТВА CoolMOS
1.2.1. Обратноходовой преобразователь напряжения 1.2.3.Однотранзисторный прямоходовой
Основная область применения транзисторов семейства преобразователь напряжения
CoolMOS — различные схемы преобразования сетевого напряжения. Прямоходовой преобразователь напряжения (Рис. 10)имеет
Ниже рассмотрены основные типы импульсных преобразователей ряд преимуществ перед обратноходовым преобразователем, до"
напряжения и особенности режимов работы транзисторов в этих стигаемых, впрочем, большей ценой его компонентов. В прямохо"
преобразователях. довом преобразователе трансформатор служит только для изме"
Обратноходовой преобразователь напряжения (Рис. 8)является нения уровня напряжения, а накопление энергии происходит в
одним из наиболее простых и экономичных видов импульсных преоб" дросселе, включенном во вторичную цепь. При этом форма им"
разователей. Из"за треугольной формы импульсов тока для этого ви" пульсов тока в первичной и вторичной цепях имеет более предпо"
да преобразователей характерны повышенные потери в ключе и вы" чтительную форму — форму трапеции, что обеспечивает снижение
сокий уровень пульсаций напряжения на выходе. По этим причинам потерь и дает меньший уровень пульсаций выходного напряжения
основной областью их применения являются преобразователи с не" по сравнению с обратноходовым преобразователем. Напряжение,
большим уровнем мощности. Напряжение сток—исток ключа в со" прикладываемое к ключу в период размагничивания обмотки
стоянии «выключено» складывается из входного напряжения и вы" трансформатора, оказывается, как правило, вдвое выше входного
ходного напряжения, разделенного на соотношение витков в обмот" напряжения.
ках трансформатора. Броски напряжения, сопровождающие процесс
запирания ключа и обусловленные действием индуктивности рассея"
ния обмоток трансформатора, могут привести к пробою транзистора Уровень напряжения, определяемый соотношением
и на практике должны гаситься демпфирующими цепями. числа витков в основной и размагничивающей обмотках
Бросок напряжения из"за
CR1 +VOUT индуктивности рассеяния — Напряжение сток—исток
+VINCIN Q1 C–OVOUTUT +VINБифилярнаяо рбамзомтакганичиCвRа1ющая — — тТНроаакпн рвся пфжеоеррнвмииеачт ннооарй ва отобрмиочтнкоей
–VIN CIN Q1 — оТбомк воотк вет отрраинчснфойо ромбматоотркае
COUT трансформатора
—— ТТоокк вв оп евтроврииччнноойй о оббммооткткее т ртрааннссффооррммаатоторраа –VIN –VOUT +VOUT — иТнодк учкетриевзн ноасктоьпительную B29(cid:2)010(cid:2)IL10
Бросок напряжения из"за индуктивности рассеяния
Уровень напряжения, определяемый коэффициентом
Рис. 10. Типовая принципиальная схема однотранзисторного
трансформации и напряжением на выходе
VBUS — Напряжение сток—исток B29(cid:2)008(cid:2)IL8 и эппрюярмыо хноадпорвяожгеон пирйе ио бтроакозовв ва отеслноя вннаыпхр яеже етноичяк ах
Рис. 8. Типовая принципиальная схема обратноходового
На практике энергия, накапливаемая в индуктивности рассея"
преобразователя напряжения и эпюры напряжений
ния, из"за неидеальной связи между обмотками (особенно если
и токов в основных ее точках
они намотаны не бифилярно или содержат разное число витков)
выделяется при запирании ключа в виде броска напряжения, спо"
1.2.2. Повышающий преобразователь напряжения собного привести к его пробою, если не использована демпфирую"
Повышающий преобразователь напряжения (Рис. 9) является щая цепь. В наиболее распространенном случае требуются транзи"
сторы с пробивным напряжением 800 В — при равенстве числа вит"
неизолирующим импульсным преобразователем. Он широко исполь"
ков в основной и размагничивающей обмотках при входном напря"
зуется для получения повышенного стабилизированного напряжения
жении 360 В.
из нестабилизированного входного напряжения, например, в схемах
корректоров коэффициента мощности. Энергия запасается в дрос" 1.2.4.Полумостовой прямоходовой преобразователь
селе в период включенного состояния ключа и передается через ди" напряжения
од в накопительный конденсатор после перехода ключа в состояние
«выключено». Если паразитная индуктивность в цепи ключа мала, то и Kонструкция этого преобразователя (Рис. 11)позволяет почти
опасность его пробоя невелика. В противном случае требуется дем" вдвое уменьшить размер трансформатора по сравнению с одно"
пфирующая цепь. Максимальное напряжение сток—исток ключа рав" транзисторным прямоходовым преобразователем напряжения, так
но выходному напряжению. как в нем трансформатор используется для намагничивания в обоих
направлениях. Kроме того, не требуется обмотки размагничивания,
хотя должна быть пара вторичных обмоток, так же как и выпрями"
+VIN CR1 +VOUT — Ток через диод тнеолйь нцыепх ьдюи опдоозвв.о лЗяаемте рнеа арлаизздоевлаиттье рлеьжноигмоы к овнклдюенчсеантиояр/авы ркелзюочнеаннися"
CIN Q1 COUT — Ток через транзистор квл пюрчееойб прраиз оовчаетнеьл ем а(лтаыкх нтоакзаыхв,а четмоы, вй срвеозюо ноачнесрнеыдйь, рсенжижимае рт апбооттеыр)и.
Уровень, равный
выходному напряжению Демпфирование бросков напряжения, возникающих в этой схеме
–VIN –VOUT — Напряжение сток—исток B29(cid:2)009(cid:2)IL9 идза"мзиа ви нсдтрукуткитуврнаохс тМиО рПа"скслеюячнеийя., Оосдунщакеос тпврлия ертасбяо тпеа рнааз виытнсыокмиих дчиаос""
тотах из"за их низкого быстродействия приходится использовать до"
Рис. 9. Типовая принципиальная схема повышающего полнительные высокочастотные демпфирующие диоды. Схему отли"
преобразователя напряжения и эпюры напряжений чает низкий уровень пульсаций напряжения на выходе. K недостат"
и токов в основных ее точках кам этой схемы, ограничивающим ее популярность, следует отнести
трудности управления схемой.
7
1. ТРАНЗИСТОРЫ СЕМЕЙСТВА CoolMOS
ся и в общем обеспечивает хорошие характеристики в классе пре"
+VIN — Напряжение на затворе Q1 образователей напряжения средней мощности. K недостаткам
этой схемы можно отнести необходимость использования сравни"
Q1 CR1 — Напряжение на затворе Q2 твеалньинеом б порлиь шприохт теркааннсифио тромкаа ттоорлоьвк,о ч вто о одбнуосмл онвалпернаов лиехн ниаим. аВгмнеисчтие"
Броски напряжения
с тем эта особенность освобождает от необходимости обеспечи"
при запирании ключей
C1 IN — Напряжение на первичной вваытхь п браелоабнрсаизрооввактуе фляахз, пвр эит уопйр сахвелменеи пиу.л Kьаска ции ви д врыугхиохд нпоргяом онахопдроя""
обмотке трансформатора
CR2 жения невелики.
C2 IN — Ток в первичной обмотке 1.2.6. Мостовой преобразователь напряжения
–VIN Q2 C–OVUOTUT +VOUT — — т нрВТаоаыпнкпр счряфеяжромеерлнзмеианетноореа выходное отрсаонбСзехинеснмтооас ртмино осигт оод вопосргтояо мипнорсхетоовдбаор вапозоогловуа мтпоерслетяоо (вбРоригаосз .опв1ра3ятм)е оолхбеоъйде однвиаонпгяоре ятиж в ед снвеиубхяе".
выпрямительные диоды Здесь нет необходимости в высоком пробивном напряжении ключей,
трансформатор может быть небольшим, отсутствуют проблемы раз"
— иТнодк учкетриевзн ноасктоьпительную B29(cid:2)011(cid:2)IL11 мзаангнныичмиив са нииняд ускетридвенчонситкьаю и р абсосреьябныи яс, всыхебмрао слаемгкио нуаппрраявжлеяентисяя, .с Двоя""
полнительным достоинством схемы является удвоенная, по сравне"
Рис. 11. Типовая принципиальная схема полумостового нию с рабочей, частота пульсаций напряжения на выходе, что облег"
прямоходового преобразователя напряжения чает борьбу с ними. Ограничение быстродействия за счет паразит"
и эпюры напряжений и токов в основных ее точках ных диодов в структурах МОП"транзисторов приводит к повышенным
потерям при работе на высоких частотах. По этой причине МОП"тран"
зисторы приходится шунтировать быстродействующими демпфиру"
1.2.5.Двухтранзисторный прямоходовой ющими диодами.
преобразователь напряжения
Принципиальная схема двухтранзисторного прямоходового пре" +VIN — Напряжение на затворах
образователя напряжения (Рис. 12) завоевала широкую популяр" Q1 и Q4
ность благодаря своей простоте, надежности и весьма высоким ха" Q1 Q3 CR1 — Напряжение на затворах
рактеристикам. В отличие от однотранзисторного прямоходового Q2 и Q3
преобразователя в ней не требуется дополнительной обмотки раз" A — Напряжение в точке А
магничивания, так как размагничивание происходит через вспомога" Броски напряжения при
тнеиляь ин ыпер адкитоидчеыс. кЭит иос скплоюсчоабестт ввоуземт осжнниожсетньи пюр оибнодяу кктлиювчнеойс тдиа жраес вс еоят"" C1 IN Q2 BQ4 CR2 —з аНпаипрраянжиие нтриаен вз итсотчокреа В
сбуитвснтовеи ен адпорпяожленниитее лкьлнюычхе йд еммопжфеитр буыютщь ивх дцвеап ерйаз. аK рмоемньеш тиомго, ,ч епмро в" COUT Бзарпоисркаин ниаип трряажнезниисят опрраи
схеме однотранзисторного прямоходового преобразователя. –VOUT+VOUT — Ток через первичную
–VIN обмотку трансформатора
— Выпрямленное
+VIN — Напряжение на затворе Q1 выходное напряжение
— Напряжение на затворе Q2 — Ток через
Q1 D1 выпрямительные диоды
C1 IN CR1 —— ННааппрряяжжееннииее ннаа истсоткоек еQ Q21 — иТнодк учкетриевзн ноасктоьпительную B29(cid:2)013(cid:2)IL13
Q2 COUT — Ток через первичную Рис. 13. Типовая принципиальная схема мостового
обмотку трансформатора преобразователя напряжения и эпюры напряжений
D2 –VOUT +VOUT и токов в основных ее точках
— Выпрямленное выходное
напряжение
–VIN
— Ток через выпря(cid:5) 1.2.7. Мостовой резонансный преобразователь напряжения
мительные диоды
— тТеолкь чнеурюе зи нндауккотпиив(cid:5)ность B29(cid:2)012(cid:2)IL12 ля наПKпарркия нижц еивнп иоияба ылпьчрнниаывяех дсмхееонмсат ано амв ыоРсхит спо.рв 1ое4гооб. рреаззоовнаатнеслняохг он парпероябжреанзиояв, адтлея"
этих схем характерны использование небольших трансформаторов,
Рис. 12. Типовая принципиальная схема двухтранзисторного невысокие требования к пробивным напряжениям транзисторов и
прямоходового преобразователя напряжения расширенные возможности по управлению.
и эпюры напряжений и токов в основных ее точках Однако, несмотря на внешнюю схожесть принципиальных схем
обычного мостового и резонансного мостового преобразователей,
алгоритмы их работы существенно различаются. Вместо простого
Применительно к традиционным МОП"транзисторам, для ко" противофазного управления затворами, используемого в обычных
торых характерно сильное увеличение сопротивления RDS_ONпри мостовых преобразователях напряжения (см. Рис. 13), в резонанс"
увеличении пробивного напряжения, использование двух более ных мостовых преобразователях используются управляющие сигна"
низковольтных транзисторов в этой схеме оказывается более де" лы, сдвинутые по фазе относительно друг друга. Для накопления
шевым вариантом, чем использование одного высоковольтного энергии в резонансных мостовых преобразователях используются
транзистора в однотранзисторном преобразователе, причем поте" дроссели в первичной цепи (или индуктивности рассеяния первичной
ри в рассматриваемой схеме оказываются ниже. Двухтранзистор" обмотки трансформатора). Схема управления должна работать так,
ный прямоходовой преобразователь напряжения легко управляет" чтобы в моменты включения/выключения транзисторов напряжение
8
1. ТРАНЗИСТОРЫ СЕМЕЙСТВА CoolMOS
ержка напериода —— ННааппрряяжжееннииее ннаа ззааттввооррее QQ12
+VIN Зад1/4
— Напряжение на затворе Q3
Q1 ACOSS LRQ3 COSS CR1 Задержка на3/4 периода ——— НННааапппррряяяжжжеееннниииеее нвв атт оозччакктеев оАВре Q4
Резонансная
C1 IN Q2 индуктивносQть4 B CR2 — оНбампрояткжее тнриаен нсаф поеррмваитчонроай
COSS COSS COUT — оТбомк чоеткруе зтр паенрсвфиочнрумюатора
–VOUT +VOUT — Выпрямленное выходное
напряжение
–VIN — Ток через выпрямительные
диоды
— иТнодк учкетриевзн ноасктоьпительную B29(cid:2)014(cid:2)IL14
Рис. 14. Типовая принципиальная схема мостового резонансного преобразователя напряжения
и эпюры напряжений и токов в основных ее точках
на них было близко к нулю, что кардинально снижает коммутационные разователя и улучшить его характеристики в целом, что окупает ус"
потери и позволяет существенно повысить рабочую частоту преобра" ложнение схемы. Kак и в мостовых преобразователях напряжения,
зователя. Повышение рабочей частоты при снижении потерь позволя" МОП"транзисторы часто приходится шунтировать быстродействую"
ет, в свою очередь, уменьшить размеры пассивных элементов преоб" щими демпфирующими диодами.
1.3. РУКОВОДСТВО ПО ВЫБОРУ ТРАНЗИСТОРОВ СЕМЕЙСТВА CoolMOS
Общие рекомендации по выбору транзисторов семейства CoolMOS
Поколение (серия) транзисторов семейства Требования по пробивному напряжению
Преобразователь напряжения (тип)
CoolMOS сток—исток [В]
повышающий (корректор коэффициента мощности) S5, C2/С3 500…600
обратноходовой S5, C2/С3 600…800
однотранзисторный прямоходовой C2/С3 800
двухтранзисторный прямоходовой (асимметричный полумостовой) S5, C2/С3 500…600
полумостовой преобразователь с ШИМ — 500…600
резонансный полумостовой преобразователь S5, C2/С3 500…600
двухтактный, с отводом от центра обмотки трансформатора C2/С3 800
мостовой преобразователь с ШИМ — 500…600
мостовой преобразователь с коммутацией в нуле напряжения C2/С3 500…600
1.3.1. Обратноходовой преобразователь напряжения Транзисторы в корпусе для поверхностного монтажа
Входное напряжение 380 В, выходное напряжение 12 В. Рабочая Выходная мощность [Вт]
частота
Транзисторы, которые можно использовать без радиатора [кГц] 30 50 75 100 125
Выходная мощность [Вт] 60 SPD03N60S5 SPD03N60S5 SPB07N60S5 SPB11N60C2 SPB20N60C2
Рабочая частота [кГц]
30 50 75 75 SPD03N60S5 SPD03N60S5 SPB07N60S5 SPB11N60C2 SPB20N60C2
60 SPU03N60S5 SPP07N60S5 SPP11N60C2 SPB07N60S5,
100 SPD03N60S5 SPB07N60C2 SPB20N60C2
75 SPU03N60S5 SPP07N60С2 SPD04N60С2
100 SPU03N60S5 SPP07N60C2 125 SPD03N60S5 SPB07N60S5 SPB07N60C2
125 SPU04N60S5 150 SPD03N60S5 SPB07N60C2 SPB11N60C2
150 SPU07N60С2 175 SPD03N60S5 SPB07N60C2
175 SPU07N60С2 200 SPD04N60S5 SPB07N60C2
Примечание:
Транзисторы устанавливают на односторонней печатной плате размерами
1.5×50×50 мм с площадью меди 6 см2, толщина меди 70 мкм. Печатная плата
расположена вертикально, что обеспечивает естественную конвекцию воздухом.
9
1. ТРАНЗИСТОРЫ СЕМЕЙСТВА CoolMOS
Транзисторы, устанавливаемые на радиатор с тепловым сопротивлением 10°С/Вт
Рабочая Выходная мощность [Вт]
частота
[кГц] 30 50 75 100 125 150 175 200 225 250
SPP07N60S5, SPP11N60S5, SPP20N60S5, SPP20N60S5,
60 SPP02N60S5 SPP02N60S5 SPP03N60S5 SPP03N60S5 SPP20N60C2 SPP20N60C2
SPP04N60C2 SPP07N60C2 SPP11N60C2 SPP11N60C2
SPP07N60S5, SPP20N60S5, SPP20N60S5,
75 SPP02N60S5 SPP03N60S5 SPP03N60S5 SPP04N60S5/C2 SPP20N60C2 SPP20N60C2 SPP20N60C2
SPP07N60C2 SPP07N60C2 SPP11N60C2
SPP11N60S5, SPP20N60S5,
100 SPP02N60S5 SPP03N60S5 SPP03N60S5 SPP04N60S5/C2 SPP11N60C2 SPP20N60C2 SPP20N60C2 SPP20N60C2
SPP07N60C2 SPP11N60C2
SPP07N60S5, SPP20N60S5,
125 SPP02N60S5 SPP03N60S5 SPP03N60S5 SPP11N60C2 SPP20N60C2 SPP20N60C2 SPP20N60C2
SPP04N60C2 SPP07N60C2
SPP11N60S5, SPP20N60S5,
150 SPP03N60S5 SPP03N60S5 SPP03N60S5 SPP11N60C2 SPP20N60C2 SPP20N60C2
SPP07N60C2 SPP07N60C2
SPP20N60S5,
175 SPP03N60S5 SPP03N60S5 SPP03N60S5 SPP11N60C2 SPP11N60C2 SPP20N60C2
SPP07N60C2
200 SPP03N60S5 SPP03N60S5 SPP03N60S5 SPP07N60C2 SPP11N60C2 SPP11N60C2
1.3.2.Повышающий преобразователь напряжения 1.3.3.Прямоходовой однотранзисторный преобразователь
(корректор коэффициента мощности) напряжения
Нижнее значение входного напряжения равно 100 В (АС), выход" Входное напряжение 380 В, выходное напряжение 12 В.
ное напряжение — 380 В. Потери в диоде приняты равными полови"
Выходная Транзисторы установлены
не статических потерь в транзисторе. (В общем случае динамичес" Транзисторы в корпусе для
мощность на радиатор с тепловым
кие потери в транзисторе сильно зависят от параметров диода.) [Вт] поверхностного монтажа сопротивлением 10°С/Вт
Выходная Транзисторы установлены
Транзисторы в корпусе для 70 SPD06N80C2 SPP06N80S5
мощность на радиатор с тепловым
[Вт] поверхностного монтажа сопротивлением 10°С/Вт 100 SPB17N80C2 SPP06N80C2
200 SPP06N80C2
50 SPD04N60C2 SPP02N60S5
300 SPP17N80C2
100 SPB20N60C2 SPP04N60C2
150 SPP11N60C2
200 SPP20N60C2
250 SPP20N60C2
300 SPW47N60C2
1.3.4.Прямоходовой двухтранзисторный преобразователь напряжения
Входное напряжение 380 В, выходное напряжение 12 В.
Транзисторы, которые можно использовать без радиатора
Выходная мощность [Вт]
Рабочая частота [кГц]
30 50 75
60 SPU03N60S5 SPP03N60S5 SPP07N60C2
75 SPU03N60S5 SPP04N60С2 SPP07N60C2
100 SPU03N60S5 SPP07N60C2
125 SPU03N60S5 SPP07N60C2
150 SPU04N60С2
175 SPU07N60С2
Транзисторы в корпусе поверхностного монтажа
Рабочая частота Выходная мощность [Вт]
[кГц] 30 50 75 100 125 150
60 SPD03N60S5 SPD03N60S5 SPD04N60S5 SPB07N60S5 SPB07N60C2 SPB11N60C2
SPB07N60С2,
75 SPD03N60S5 SPD03N60S5 SPB07N60S5 SPB07N60C2
SPD04N60S5
100 SPD03N60S5 SPD03N60S5 SPB07N60S5 SPB07N60C2
125 SPD03N60S5 SPD04N60S5 SPB07N60C2
SPB07N60С2,
150 SPD03N60S5 SPB07N60C2
SPD04N60S5
175 SPD03N60S5 SPB07N60C2 SPB07N60C2
200 SPD03N60S5 SPB07N60C2
Примечание:
Транзисторы устанавливают на односторонней печатной плате размерами 1.5×50×50 мм с площадью меди 6 см2, толщина меди 70 мкм. Печатная плата распо"
ложена вертикально, что обеспечивает естественную конвекцию воздухом.
10