Zostań w domu, zamów taniej!
Nie wychodź z domu i zamów online swoje ulubione pisma 20% taniej. Skorzystaj z kodu rabatowego: czytajwdomu

Elementy elektroniczne dużej mocy

Elementy elektroniczne dużej mocy
Pobierz PDF Download icon

Zamieszczone obok fragmenty opisu patentowego złożonego w roku 1926 udowadniają, że już prawie 100 lat temu pochodzący z Polski (urodzony w 1882 we Lwowie który wtedy był częścią Austro-Węgier) naukowiec żydowskiego pochodzenia, Julius Edgar Lilienfeld, opatentował tranzystor – wzmacniający element półprzewodnikowy.

Spis treści

JFET-y mocy?

Wcześniej mówiliśmy, że z uwagi na głębokość wnikania pola w półprzewodnik elementarne struktury tranzystorów złączowych JFET są maleńkie i nie sposób zbudować jednej potężnej struktury JFET dużej mocy. Generalnie jest to prawdą także w przypadku tranzystorów MOSFET. Tranzystory dużej mocy są w istocie złożeniem – połączeniem równoległym mnóstwa malutkich tranzystorków MOSFET.

Jak najbardziej możliwa jest analogiczna realizacja krzemowych tranzystorów JFET dużej mocy. Jest możliwa, ale na rynku nie ma klasycznych krzemowych JFET-ów dużej mocy! Warto jednak wiedzieć, że już w latach 70. pojawiły się tranzystory SIT (Static Induction Transistor), m.in. słynne w środowisku audiofilów Sony 2SK28, które można traktować jako odmianę JFET-ów o dużej mocy. Jednak elementy te szybko znikły z rynku. Ciekawostką jest też fakt, że idea tranzystorów SIT została opracowana zaskakująco wcześnie, bo już w roku 1950 w Japonii (Nishizawa i Watanabe).

Rysunek 11.

Nieco ponad 10 lat temu niewielka amerykańska firma Lovoltech oferowała krzemowe tranzystory JFET dużej mocy. Rysunek 11 to fragmenty karty katalogowej JFET-a mocy (24 V, 50 A, 69 W) o oznaczeniu LU1014D. Wywołały one zrozumiałe zainteresowanie miłośników audio z uwagi na „lampopodobne” właściwości. Niestety, wygląda na to, że rynkowe zainteresowanie było zbyt małe, żeby produkcja tych interesujących elementów była opłacalna. Firma Lovoltech najpierw zmieniła nazwę na Qspeed, a potem (2011) została wykupiona przez Power Integrations Inc. Ale nie z uwagi na takie JFET-y mocy, tylko na ulepszone odmiany diod. JFET-ów mocy nie ma w ofercie Power Integrations, która dziś jest znana ze swoich sterowników sieciowych przetwornic indukcyjnych.

W Internecie można dziś znaleźć JFET-y dużej mocy i ich karty katalogowe, ale nie elementów krzemowych, tylko wykonanych z innego półprzewodnika, na przykład z węglika krzemu (SiC), materiału o którym jeszcze będziemy mówić.

W każdym razie nie ma krzemowych JFET-ów mocy, ale dostępne są działające praktycznie tak samo krzemowe tranzystory MOSFET dużej mocy, które są normalnie otwarte.

To są MOSFET-y z kanałem zubożanym (depletion mode). Na rynku dostępne są tylko MOSFET-y zubożane z kanałem N (nie ma wersji z kanałem P), a ich najczęściej używany symbol różni się od tranzystora MOSFET N – rysunek 12. Są one wykorzystywane w nielicznych aplikacjach. Mają budowę wewnętrzną praktycznie taką, jak klasyczne MOSFET-y normalnie zamknięte, czyli dużo bardziej skomplikowaną niż tranzystory złączowe JFET.

Rysunek 12.

Absolutnie dominujące są dziś MOSFET-y mocy normalnie zatkane (enhancement mode), o najróżniejszych dopuszczalnych napięciach, prądach i mocach. Zadziwiająco dobre są właściwości MOSFET-ów niskonapięciowych. Dziś istnieją liczne typy, które po otwarciu mają rezystancję RDSon poniżej 1 milioma. Prąd 100 amperów, płynąc przez rezystancję 1 mV, daje spadek napięcia tylko 100 mV i stosunkowo niewielką jak na taki prąd moc strat 10 W (100 A · 0,1 V). Niskonapięciowe MOSFET-y są przełącznikami bliskimi ideału! Dla porównania warto dodać, że 10-centymetrowy odcinek miedzianego przewodu instalacyjnego o przekroju 1,5 mm2 (średnicy 1,4 mm) ma rezystancję nieco powyżej 1,1 milioma...

Dużo gorzej jest z MOSFET-ami wysokonapięciowymi. Najprościej biorąc, aby w stanie zatkania wysokie napięcie nie przebiło struktury między źródłem i drenem, musi być ona odpowiednio gruba. A gruba warstwa półprzewodnika daje stosunkowo dużą rezystancję w stanie otwarcia, a tym samym duże spadki napięcia i duże moce strat. Nie ma problemu, żeby wytworzyć MOSFET-y mocy o napięciach pracy kilkaset woltów czy nawet kilku tysięcy woltów. Jednak ze wzrostem napięcia maksymalnego nieproporcjonalnie rośnie rezystancja, a tym samym straty mocy w stanie otwarcia stają się nieakceptowalnie duże. Pod tym względem wysokonapięciowe MOSFET-y okazują się dużo gorsze od wysokonapięciowych tranzystorów bipolarnych. I tak dochodzimy do...

DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik styczeń 2021

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio luty 2021

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka Podzespoły Aplikacje styczeń 2021

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna styczeń 2021

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich styczeń 2021

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów