Силовые транзисторы со сверхмалым сопротивлением открытого канала

В статье дана краткая ин­формация о выпускаемых компанией STMicro elec tro – nics мощных полевых тран­зисторах, отличающихся сверхмалым сопротивлением открытого канала.

В. Макаренко

Разработанная компанией STMicroelectro­nics технология STripFET™ VI DeepGATE™ позволила создать мощные МОП-транзисторы с наименьшими на сегодняшний день сопро­тивлением открытого канала сток-исток (Drain-Source) RDS(ON) и произведением сопро­тивления открытого канала на заряд затвора Rds(on)Qg. Последний параметр является про­мышленным тестом для силовых МОП-транзи­сторов. По сравнению с технологией предыдущего поколения достигнуто улучшение этого параметра примерно на 20%, что делает воз­можным применение силовых транзисторов, выполненных в небольших корпусах для по­верхностного монтажа, в импульсных стабилизаторах и DC/DC-преобразователях. Кроме того, транзисторы, изготовленные по этой технологии, имеют гораздо меньший заряд затвора, что позволяет повысить частоту пере­ключения и благодаря этому использовать пас­сивные компоненты, в том числе дроссели и конденсаторы, меньших размеров.

Широкий выбор транзисторов со стандартным расположением выводов в корпусах SO-8, DPAK, PowerFLAT™ (размерами 5×6 и З.ЗхЗ.З мм), Po- larPAK^®, IPAK (для монтажа в отверстия) и SOT23-6L делает возможной замену установлен­ных на печатные платы транзисторов и позволяет повысить КПД и удельную мощность преобразо­вателей.

Первым транзистором, разработанным по новой технологии, стал STL150N3L [1], выпол­ненный в корпусе PowerFLAT с габаритными размерами 5×6 мм (рис. 1).

Передельно допустимые параметры транзи­стора приведены в табл. 1.

Таблица 1. Предельно допустимые параметры транзистора STL150N3L

Таблица 2. Параметры транзистора STL150N3L в режиме переключения

Параметры транзистора в режиме пере­ключения приведены в табл. 2.

Рис. 1. Транзистор STL150N3L в корпусе PowerFlat

На рис. 2 приведены зависимости границы области безопасной работы транзистора при различной длительности одиночных импульсов тока стока (ID) от его величины и от напря­жения сток-исток (VDS). Как следует из графи­ков, при увеличении длительности импульса допустимое значение тока через транзистор уменьшается и в конечном итоге определяется мощностью, рассеиваемой на участке сток-ис­ток транзистора. А она, в свою очередь, опре­деляется сопротивлением открытого канала сток-исток.

На рис. 2 приняты следующие обозначения: Tj — junction temperature (температура перехо­да); Tc — case temperature (температура корпу­са).

Рис. 2. Зависимости границы области безопасной работы транзистора от тока стока

Зависимость сопротивления открытого ка­нала сток-исток (Rds(on)) от тока стока приве­дена на рис. 3.

Из рисунка следует, что при увеличении тока стока до 80 А сопротивление участка сток-исток транзистора не превышает 2.4 мОм. Следовательно падение напряжения на транзисторе при таком токе не будет превы шать 0.192 В. Руководствуясь графиками рис. 2, можно сделать вывод о том, что для без­опасной работы транзистора длительность про­ходящих через него импульсов при токе 80 А не должна превышать 200.250 мс.

Рис. 3. Зависимость сопротивления открытого канала сток-исток транзистора от тока стока

Входные и выходные характеристики тран­зистора STL150N3L приведены на рис. 4. Для оценки параметров схемы управления транзи­стором можно воспользоваться графиками за­висимости заряда затвора от напряжения за­твор-исток, а также паразитных емкостей транзистора от напряжения сток-исток, приве­денными в [1].

Рис. 4. Входная (а) и выходные (б) характеристики транзистора STL150N3L

Так как отличительным параметром тран­зистора STL150N3L является сверхмалое со­противление открытого канала сток-исток, то представляет интерес его зависимость от тем­пературы кристалла, приведенная на рис. 5.

Как следует из графика, рис. 5, сопротивле­ние канала сток-исток растет практически ли­нейно с ростом температуры кристалла, что следует учитывать при проектировании и рас­чете тепловых режимов преобразователей. Ре­комендуемые схемы включения транзистора STL150N3L можно найти в [1].

Рис. 5. Зависимость сопротивления открытого канала сток-исток транзистора от температуры кристалла

Кроме STL150N3L компания STMicro­electronics выпускает транзистор типа STD150N3LLH6 в корпусе DPAK со значением Rds(on)=2.8 мОм и максимальным током стока 80 А [2]. Представленные транзисторы кроме сверхмалого сопротивления открытого канала характеризуются высокой стойкостью к ла­винному пробою и малой мощностью сигнала, необходимой для управления затвором.