Как стать автором
Обновить

К вопросу о преобразователях, транзисторах, микросхемах и проявлениях черной магии с последующим разоблачением

Время на прочтение14 мин
Количество просмотров11K
Всего голосов 26: ↑25 и ↓1+24
Комментарии31

Комментарии 31

На это есть старый ответ:
У нас отличные кошки, а если они вам не нравятся, то это вы просто не умеете их готовить.
Просто, когда смотрите характеристики транзистора, также смотрите при каких условиях они измерены. Конкретно для порогового напряжения IRF7103 в поле Condition английским по белому написано, что это справедливо при токе стока 250 мкА. Поэтому несколько странно рассчитывать, что ключ будет полностью открыт, что при 1 В (мин), что при 3 В (макс) напряжении затвор-исток. Для этого надо листнуть даташит на страницу вниз и посмотреть на графики выходных характеристик транзистора. Которые, кстати, при напряжении на затворе меньше 4.5 В даже не приводятся.
смотрите при каких условиях они измерены
Зачастую режимы измерения весьма далеки от реальных режимов эксплуатации. Столкнувшись с этим на практике, я теперь просто измеряю пороговое напряжение применяемых ключей. Тем более что такое измерение элементарно простое — замыкаем затвор и сток, и полученный 2-полюсник подключаем через резистор 1 кОм к БП напряжением 8...15 вольт. Напряжение на 2-полюснике будет равно Uпор, и его можно использовать для ориентировочных прикидок: двумя вольтами ниже — ключ гарантированно закрыт, двумя вольтами выше — гарантированно открыт. А любое другое напряжение на затворе в диапазоне между этими значениями делает ключ управляемым резистором. Причём сильно нелинейным резистором — не знаю, откуда автор статьи взял, что сопротивление открытого полевого транзистора… обратно пропорционально именно разности управляющего напряжения и напряжения открывания. Ничего пропорционального там и близко нет, там откровенная нелинейщина.
Взял из курса ТПП (теория полупроводниковых приборов), Iс=K*((Uзи-Uзипор)*Uси-Uси**2/2) (если память мне не изменяет) и если пренебречь составляющей Uds**2/2, (а при достаточном управляющем это делать можно), то получаем, что получаем. Хотя я честно предупредил об ограниченности данного подхода.
Буду повторять снова и снова — на графики смотреть нельзя и это категорический императив. То есть смотреть на них можно, но пытаться извлечь из них информацию, особенно отсутствующую в виде цифр, не следует.
Максимальное пороговое (конечно, при указании условий) должно быть указано в явном виде.
Вам нужны характеристики открытого ключа, которые производитель приводит в виде сопротивления открытого канала при каком-то определенном напряжении на затворе и токе стока (ну может быть при двух — трех сочетаниях режимов, не более). Во всех других режимах придется смотреть графики. Информацию, представленную на графике, никак нельзя представить в виде одной-двух цифр. Если так уж не нравятся графики (абсолютно непонятно почему?), то ищите SPICE модель нужного транзистора, если она доступна, и получайте нужные Вам данные в симуляторе.

Пороговое напряжение, ни минимальное, ни типовое, ни максимальное, никак Вам не поможет определить характеристики ключа в открытом состоянии — это совсем другой параметр.
Вообще то, поможет и я в одном своем посте об этом писал. Если Вы примете определенную модель транзистора, а она вполне коррелирует с приведенными графиками, Вы по двум точкам можете восстановить параметры модели второго порядка и рассчитать наилучший (не очень понятно, зачем) и наихудший (а вот это то, что надо) случай в каждой конкретной рабочей точке и именно на эту возможность опирается вся разработка.

А что касается конкретно максимального порогового, то без него Вы вообще не можете использовать транзистор в разработке, поскольку не знаете с достоверностью, при каком управляющем напряжении он с гарантией откроется, какой бы смысл (значение тока стока) не вкладывать в это понятие.
И пытаться определить его по рисунку с подписью «типовое зависимость» контр-продуктивно.
С первой частью Вашего комментария трудно не согласиться, но Вы, сами того не замечая, начали оперировать понятиями точек на графике, против которых так рьяно протестуете.

По второй части: пороговое напряжение — это то, при котором транзистор лишь начинает открываться, о чем недвусмысленно намекает малое значение тока стока, при котором оно измеряется. Транзистор — это не реле и рабочие точки начала отпирания и полностью открытого состояния не совпадают. Я не спорю, что такой параметр, как пороговое напряжение тоже важен, но для другого. Причем нижнее значение, которое Вы считаете бесполезным, тоже имеет значение, когда надо определить гарантированно закрытое состояние.

Что касается приводимых производителем типовых значений, тут ничего не поделаешь, приходится смириться с реальностью, что технологический процесс производства полупроводников имеет неизбежный разброс. Просто при проектировании схем надо закладывать некоторый запас, в этом и отличается работа инженера от курсового проекта студента. Когда производитель прямо указывает минимальное и максимальное значение параметра, то сделать это легче, а если нет, то приходится полагаться лишь на свой опыт при принятии таких решений.

ПС: я по Вашим постам, хоть и заочно, но знаю Вас как опытного инженера и мне несколько странно дискутировать с Вами по таким очевидным вопросам.
А мы с Вами и не дискутируем, говорим практически одно и то же, но есть небольшие нюансы.

Я беру цифры из таблицы параметров, не с графика типовых значений, причем они стоят в графе «не менее» либо «не более», то есть являются гарантированными.

Совершенно верно Ваше определение порогового напряжения, это момент начала открывания при некоем гарантированном токе. А дальше, зная две точки на вырожденной параболе, мы однозначно можем определить гарантированное (минимальное) значение в любой рабочей точке, уже с учетом возможного разброса. Но при этом мы как раз должны подставить в формулу максимальное значение порогового, у меня есть пост на эту тему.
И совершенно верно, что для определения границы гарантированно закрытого транзистора нужно именно минимальное значение открывания, я тоже об этом писал в другом посте, просто для расчета открытых состояний оно совершенно бесполезно.

И Вы согласны, что наличие четких границ нам дает надежную основу для проектирования, в отличие от сомнительных типовых.

Так что мы с Вами совсем не спорим, просто Вы склонны прощать производителям их недочеты и работать с тем, что есть, а я пытаюсь на них повлиять путем создания в сообществе атмосферы нетерпимости к недостаточно хорошей документации (во завернул, самому понравилось), но при этом тоже работаю с тем, что есть.

А где ответ "ничего не понял, этому точно место на хабре"?

Спасибо, конечно, я такой подход не рассматривал, надо будет учесть.
Хотя, должен признаться, первые несколько раз (3-5) я прочитал Ваш комментарий с удивлением, не заметив отсутствие частицы «не».

Поинтересуюсь, а не приходила ли мысль сделать предварительный каскад на транзисторе перед затвором и запитать его выходным (повышенным) напряжением для раскачки затвора (и кпд повысится)

Если вы почитаете документацию на MAX669, то увидите, что именно такой режим с вольтодобавкой она и реализует в одном из вариантов.
Немного не так, она использует выходное напряжение для управления транзистором, а оно не появится, пока транзистор не начнет работать. Все подобные схемы требуют начального импульса, в чем их недостаток, а настоящий, честный предварительный повышатель крайне редок — наверное, это дорого.
Как я говорил про варианты 2 — не сейчас, схема уже такая, какая есть и «навешивать» элементы мы не стали.
В общем случае, описана классика хождения по граблям и накопление опыта, что бы этих граблей избегать в будущем. Думаю, должно быть полезно внимательному читателю.
Именно для этого и создавалась данная «нетленка».
Спасибо за подробный разбор, сам недавно столкнулся абсолютно аналогичной ситуацией для модуля dc/dc step-up купленного на али.
Модуль предположительно построен на RT9266 (точное соответствие маркировки 31-32N найти не удалось) и транзисторе IRLML2502T (1G9K).
Модуль вел себя абсолютно также, пока источник на входе способен поддерживать хотя бы ~2.5 вольта без проседаний, все ок. Если же ниже, модуль заводился, но с коефициентом заполнения 90% и потреблением «на себя» в 2А.
Я что только не перепробовал, и индуктивности подбирал и цепочки плавного старта добавлял. Вообщем пришлось отказаться от идеи использования модуля с батарейками (только LI-Ion аккум). А вот посмотреть по лучше транзистор не догадался, теперь есть повод для раздумий.
Извините, возможно я переутомился, и не смог адекватно осилить всю портянку почти без картинок, но глаз зацепился:
1. Вроде бы общеизвестно, что многие повышающие преобразователи не могут стартовать в полную нагрузку и об этом следует помнить, проектируя их. (Из ссылки ниже ищем график MAX669 MINIMUM START-UP VOLTAGE vs. LOAD CURRENT и видим, что он чудесным образом заканчивается на 1А, к чему бы это?)
2. Вот вы пишете:
То есть авторы документа, описывающего продукцию уважаемой фирмы, твердо уверены, что при выборе типа полевого транзистора важно знать только минимальное напряжение открывания.
С чего вы это взяли? Идем сюда на 14 страницу и читаем: Best performance, especially at low input voltages (below 5V), is chieved with low-threshold NFETs that specify on-resistance with a gate-source voltage (VGS) of
2.7V or less
.
(выделение жирным — моё). Дальше ведь написано: When selecting an NFET, key parameters
can include
. Чувствуете разницу с предыдущим абзацем? На мой взгляд всё корректно описано.
3.
Я на могу исключить вариант, когда максимальное пороговое (ну и типовое, я не против, чтобы его указывали в документации, я только против, чтобы его использовали при расчете схемы) совпадает с минимальным, но я хотел бы видеть эту информацию указанной в документации явным образом, поскольку иной подход загоняет нас на «зыбкую почву догадок и предположений», а она никак не может быть надежным фундаментом честной инженерной работы.
Идём сюда. Открываем третью страницу, смотрим фигур 1. Там есть характеристика с Vgs=1.5В? Есть. Чего же вам еще надобно? Как раз таки честный подход и заключается в том, чтобы сначала отсеять по пороговому значению те транзисторы, которые явно не откроются от доступного напряжения, а уже потом посмотреть графики оставшихся и понять, а он вообще будет работать-то при нашем затворном напряжении и если будет, то какой ток через себя сможет пропустить.

Короче, вы, конечно, молодец, но претензии у вас странные, на мой взгляд.
Позвольте с Вами поспорить.

1. Я вообще то не очень понимаю, как можно в документации на контроллер ИП указывать параметры, непосредственно связанные с ключевым транзистором и дросселем, в состав микросхемы не входящих. Более того, на рисунке 2 тип транзистора вообще не указан, на рисунке 3 указано два варианта с весьма различными характеристиками.
Ну и как вишенка на торте (ну нравится мне этот оборот), какая на фиг вообще возможна работа с входным 2В и выходным 12В/0.5А, как показано на упомянутом Вами графике. При провалах напряжения — не исключено, хотя дико зависит от индуктивности, но стартовать с такого напряжения микросхема просто не в состоянии, о чем я пишу чуть ниже.
Кроме того (просто так, для точности, я вообще против использования графиков, кроме как в качестве иллюстраций), если они способы обеспечить 1А при 12В, то при 5В ток должен быть больше. Так что то, что график завершается на 1А, ровным счетом ничего не говорит, хотя это не должно вообще обсуждаться.

2. Достижение «наилучшей производительности» весьма отдаленно связано с обеспечением простой работоспособностью устройства при низких напряжениях, и авторы документа это продемонстрировали, выбрав транзистор, совершенно не подходящий по условиям эксплуатации. Так что я по прежнему уверен, что документация не вполне верна.

3. Я в своих постах всегда настаивал (и в этом тоже), и продолжаю это делать, что руководствоваться графиками вообще, а графиками с подписью «Типовое значение» в особенности при проектировании нельзя. Любая жизненно важная информация (а мы с Вами согласны, что максимальное значение порогового напряжения к такой относится) должна быть указана в явной (цифровой) форме с указанием условий измерения. Графики и рисунки совершенно очевидно такую информацию не предоставляют.
3. Вот вам конкретный пример:

Вот дока на транзистор. Вы таки будете утверждать, что при 0.75В он открыт (Обратите внимание на ток источника, он равен 10мА, а не 11мкА, как в документации)? Модель, кстати, от самого инфинеона взята. Это видно в подписи к симуляции.

По стальным пунктам, извините, спорить с вами, судя по вашим ответам, безыдейно. Ну напишите в максим, что они рисуют говёную документацию.
Вы, конечно, извините, но, по моему, Вы спорите не со мной, а с кем то другим.

Я пишу, что нельзя ориентироваться на минимальное значение порогового напряжения, поскольку при нем транзистор может вообще не открываться, а Вы мне приводите график, из которого видно, что и при максимальном значении порога он открывается весьма плохо (в выбранном масштабе).
Почему фраза «транзистор не откроется при минимальном пороге» у Вас превратилась в «транзистор откроется при максимальном пороге», я не знаю.

Каким именно образом Ваш пример опровергает мое утверждение? Я нигде не говорил, что при максимальном пороговом транзистор хорошо открыт, я утверждал (и продолжаю настаивать), что при расчете тока в произвольной рабочей точке следует использовать именно этот показатель.

В приведенной Вами документации есть две гарантированные точки (1,8В и 2,5В), тогда мы можем оценить (весьма грубо) параметры транзистора и рассчитать значения управляющего напряжения при требуемом сопротивлении, но правильнее будет этого не делать и обеспечить управляющее напряжения не меньше 1.8В, если нам требуется сопротивление менее 0.1 Ом.

А в MAXIM я уже написал, спасибо за совет.
Почему фраза «транзистор не откроется при минимальном пороге» у Вас превратилась в «транзистор откроется при максимальном пороге», я не знаю.
потому что вы сами пишете
а мы с Вами согласны, что максимальное значение порогового напряжения к такой относится) должна быть указана в явной (цифровой) форме с указанием условий измерения

Ну да ладно. Я тут ваши прошлые статьи посмотрел. Поправьте там, пожалуйста формулы. А то они совершенно нечитабельны. Вы пишете про интересные вещи, но, на мой взгляд, их стоило бы существенно разбавить картинками с пояснениями (больше картинок дья визуалов!). Иначе получается переложение Титце-Шенка.
Не не не :).
Если я сказал, что максимальное пороговое относится к жизненно важной информации, то из этого совсем не следует, что при ней транзистор гарантированно способен пропустить ток, больший, нежели указанный в ТД. Если у Вас сложилось такое впечатление, то оно ошибочно, и, возможно, в этом есть и моя вина в части недостаточной четкости формулировок.

А про Ваше замечание (несомненно, справедливое) — не Вы первый его делаете (и боюсь, не Вы последний), у меня с детства взаимная нелюбовь с рисованием.

Хотя, когда я вижу, с кем вы меня сравнили (Т-Ш), это поднимает в душе волну гордости за себя и веру в правильность выбранного курса.
Нет магии, есть внутреннее сопротивление затвора. Оно достаточно низкое, но при нулевом сопротивлении в источнике накачки затвора — проявляется во всей красе.
Просто есть разные транзисторы, с затвором из поликремния, и затвором из меди/алюминия.
Кроме того у всех полевых транзисторов есть проходная ёмкость, об которую спотыкается товарищ Миллер. Тут тоже деление на два типа: транзисторы без барьера (старые образцы), и новые с барьером. Товарищ Миллер очень сильно влияет на энергию переключения, то-есть сколько нужно времени и тока на затворе транзистора — для его полного переключения.
Дык вот, транзисторы с барьером требуют примерно в десять раз меньше энергии на переключение. Именно для таких силовых транзисторов изготавливаются НОВЫЕ драйверы.

GarryC — Прекратите использовать в своих экспериментах детали из разных технологических эпох, они банально не совместимы между собой.
А точно сопротивление затвора, а не тела транзистора, оно в основном влияет на выходное напряжение.
Кстати, сам по себе управляющий выход достаточно мощный, когда напряжение достаточное для открывания, то видимых запаздываний в силу перезарядки на затворе не наблюдалось, хотя транзисторы, конечно, мелкие и приведенная емкость затвора невелика.

А насчет технологических эпох я не вполне понял — если Вы про отечественные транзисторы, то я был бы не против получить ссылки на более продвинутые изделия, пока довольствуемся тем, что есть.
Не могу сказать насчёт российских, и уж тем-более советских транзисторов. Из импорта есть много вариантов, например FCPF16N60NT. Ознакомитесь с документацией, там много интересного.
Насчёт сопротивления затвора — с ростом частоты это сопротивление/индуктивность становится проблемой даже для медного затвора. Например для мощных (100-500ват) полевых транзисторов на частоты около гигагерца — длинна затвора не может быть больше 0,1мм. Не ширина, а именно длинна!!! Мощный транзистор буквально собирается из тонких полосок кремния, и всё это опутано керамикой с рисованными линиями задержек для затворов.

Даже относительно низкочастотные (5х30МГц) силовые полевики собираются из блоков. Это раньше они были 12*12мм с однородным затвором на всю ширину кристалла. Сейчас размер одного блока 0,3*0,3мм или даже меньше, и всё это окутано компенсацией и всяческой коррекцией. Чтобы переключалось синхронно и одновременно по всей площади.

И да, ознакомитесь с товарищем Миллером, он виноват буквально во всём.

Что значит "Пнп"?

Примечание на полях. Это у меня такой странный юмор с отсылкой к знаменитому замечанию Ферма.
Всё больше вопросов к фирме Максим)
Я накололся с синхронной понижайкой MAX20098 — тупо не выдерживает заявленные в документации режимы по напряжению.
Коллеги «погорели» с драйвером (не помню модель) — при подаче синхроимпульсов в отсутствие питания драйвер сгорал, о чем в документации было написано не достаточно ясно.
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий

Публикации

Истории