Czołem.
Panowie, choć układy przedstawione w tym wątku są stosunkowo proste, w ostatnim czasie (przez jakieś dwa ostatnie lata...

) kilkanaście, a może nawet i kilkadziesiąt osób prosiło mnie o wytłumaczenie na Forum zasady działania wszystkich tych stabilizatorów, choć na większość zadawanych przez te osoby pytań, moje odpowiedzi już się tutaj w wątku znajdują... Proszono mnie by było to tłumaczenie "łopatologiczne", czyli takie, by nawet zupełnie początkujący elektronik zrozumiał zasadę działania przedstawionych przeze mnie schematów. Spróbuję to właśnie zrobić, gdyż indywidualne odpowiadanie każdemu z Was pochłonęłoby zbyt wiele czas (do tej pory często tak właśnie czyniłem, odpowiadałem na pytania różnym osobom poprzez wymianę prywatnych wiadomości, po czym kolejne, inne już osoby zadawały mi podobne pytania, znowu prosząc o dokładne wytłumaczenie opisywanych układów. Zaawansowanych elektroników proszę o pominięcie i nieczytanie moich kolejnych wpisów, gdyż będzie to "elektroniczne przedszkole" (niestety nie mamy na Forum działu "Półprzewodniki dla początkujących"...

). Proszę też osoby biorące do tego momentu udział w dyskusji by nie odnosiły tego co napiszę do siebie, gdyż większość z nich doskonale zdaje sobie sprawę z tego jak działają opisane w temacie układy.
Analizując temat zwarć i wytrzymałości na nie tranzystorów typu Mosfet w układach stabilizatorów liniowych, muszę wspomnieć o kilku problemach, pojawiających się przy próbie szybkiego wyłączenia tranzystora z rosnącym na nim gwałtownie napięciem. Pierwszy z problemów stanowią pojemności wewnętrzne tego typu elementów. Gdybym zadał pytanie elektronikom-praktykom, która z pojemności ma najwyższą wartość w tranzystorach typu Mosfet, jestem niemal pewny, że większość z nich odpowiedziałaby, że jest to pojemność bramka-źródło, która ich zdaniem w większości tych tranzystorów jest kilkadziesiąt, a niekiedy nawet kilkaset razy większa od pojemności bramka-dren i w tranzystorach wysokonapięciowych większej mocy potrafi ona wynosić od kilkuset pikofaradów do kilkunastu nanofaradów. Niestety nie jest to do końca prawdą, a jest raczej przypadkiem szczególnym, gdyż w tabelach not katalogowych z reguły podawane są pojemności poszczególnych wyprowadzeń tranzystora dla zerowego napięcia bramki, odniesionego względem źródła oraz wynoszącego co najmniej 25 V (lub 50 V) napięcia dren-źródło. Jest to więc stan, w którym tranzystor jest całkowicie wyłączony (praktycznie zerowy prąd drenu) i w którym dren ma mocno ujemny potencjał względem bramki i źródła. Niestety zmniejszając napięcie między drenem i źródłem mamy do czynienia z szybko rosnącymi pojemnościami dren-bramka oraz dren-źródło, przez co dla zerowego napięcia między wszystkimi wyprowadzeniami tranzystora największą pojemnością cechuje się z reguły obszar bramka-dren. Pojemności te przy próbie zwiększenia napięcia między drenem i źródłem przy "wiszącej w powietrzu" bramce powodują, że już przy kilku woltach dochodzi w niektórych typach tranzystorów do ich włączenia się i przepływu dużego prądu w obwodzie dren źródło. Zrobiłem próbę podłączając kilkanaście tranzystorów IRFP450 pod wyjście źródła prądowego o programowanej wartości prądu maksymalnego (w przedziale 100 μA...1 A) i maksymalnym napięciu 500 V. Napięcia, jakie ustaliły się na wyprowadzeniach tranzystorów, dla kilku wartości prądu drenu, przedstawia tabela poniżej (wszystkie zachowywały się podobnie, tabelka przedstawia wyniki dla losowo wybranych dwóch sztuk).
IRFP450_U_I.png
Jak widać z reakcji tranzystora na przyłożone do odpowiednich jego końcówek napięcie, próbuje się on samoczynnie włączyć, gdyż pojemności bramka-źródło i bramka-dren tworzą dzielnik, na którym odkłada się część napięcia przyłożonego do drenu. Poniżej parametry z tabelki noty katalogowej oraz ważny wykres, pokazujący jak zmieniają się wewnętrzne pojemności IRFP450 w zakresie napięć dren-źródło od 1 V do 50 V.
IRFP450_tab.png
IRFP450_pojemności_ładunek.png
Poniżej parametry innego wysokonapięciowego tranzystora, typu STW13NM60N, którego pojemność bramka-dren wg tabelki jest wyjątkowo niska (3,6 pF), gdyż zmierzona została dla napięcie dren-źródło 50 V i bramka-źródło 0 V.
STW13NM60N_parametry.png
Jednak analizując wykres widać wyraźnie, że dla niskich napięć dren-źródło (0.1 V) pojemność przejściowa Crss (pojemność bramka-dren) wynosi aż 1000 pF. I ten tranzystor podłączony do zasilacza z "wiszącą w powietrzu" bramką zaczyna przewodzić już przy napięciu kilku woltów. By do takich sytuacji podczas narastania napięcia na drenie względem źródła nie dochodziło lub efekt ten został mocno zredukowany (skrócony czas jego trwania i zmniejszona wartość prądu), rezystancja "widziana" przez bramkę w kierunku źródła tranzystora nie może być zbyt wysoka, gdyż uniemożliwia wówczas szybki odpływ ładunku gromadzonego na pojemnościach bramki. Wysoka rezystancja "widziana" przez bramkę Mosfeta może prowadzić do znacznego wzrostu prądu drenu podczas wzrostu napięcia dren-źródło, co ma właśnie miejsce w momencie wystąpienia zwarcia na wyjściach omawianych w tym wątku stabilizatorów i w pewnych sytuacjach może prowadzić do zniszczenia tranzystora. Pojemności w tranzystorze Mosfet zależą od bardzo wielu czynników, między innymi od napięć na wyprowadzeniach, prądów płynących przez kanał, temperatury i częstotliwości, a na dodatek potrafią się mocno różnić dla tranzystora o tym samym symbolu, ale wytwarzanego przez różnych producentów, a nawet tego samego producenta, ale z różnych okresów produkcji...
Kolejny wykres przedstawia zależność prądu drenu przy napięciu Uds=20 V dla zmian napięcia bramki względem źródła.
STW13NM60N_parametry_2.png
Widać na nim, że dla napięcia z przedziału 0...3,7 V w temperaturze pokojowej przez tranzystor prąd praktycznie nie płynie, natomiast dla napięcia bramki z przedziału 4 V do 6 V prąd drenu rośnie od kilkuset mA do 22 A przy napięciu Uds=20 V.
Ciąg dalszy w następnym poście.
Pozdrawiam
Romek
Nie masz wymaganych uprawnień, aby zobaczyć pliki załączone do tego posta.
α β Σ Φ Ω μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ − ∞ α β γ ρ . . . .