ASFETy Nexperia působí sehraně. Zejména při zátěži

Firma Nexperia přišla posledního září s nejnovějším přírůstkem v řadách speciálních tranzistorů MOSFET (zkráceně též ASFET, od „application-specific“), jejichž vlastnosti jsou pokaždé vyladěné tak, aby vyhověly náročným požadavkům dané koncové aplikace.

80V spínací prvky PSMN1R9-80SSJ nebo stovoltové struktury PSMN2R3-100SSJ (viz také přiložené grafy) zde slibují lepší dynamické sdílení či přerozdělení proudu v případě výkonových zapojení, napájených typicky ze zdroje 48 V, kdy musíme dále paralelně osadit několik MOSFETů – pochopitelně vzájemně přizpůsobených. Důvod spočívá v rostoucí proudové zatížitelnosti systému nebo snižování ztrát při vedení proudu. Jedná se kupříkladu o vysokozdvižné vozíky, různá jednostopá „přibližovadla“ či průmyslové elektromotory obecně. Jejich trvalé I_D v maximu dosahuje 286, resp. 255 A.

Jenže zajistit vyvážené silové toky proudu při souběžném zapojení dvou nebo i více polem řízených tranzistorů není jen tak, zvláště po jejich zapnutí nebo jindy zase při vypínání. MOSFETy s nejmenší prahovou úrovní napětí V_GS(th) zde totiž sepnou hned jako první, což následně vede k rostoucímu (a z pohledu celku nesouměrnému) teplotnímu namáhání přechodu a ve finále zvyšuje poruchovost. Roli zde pochopitelně hrají také náboje (Q_g) nebo parazitní vlivy na deskách plošných spojů.

Pravda, systém lze kvůli dostatečné bezpečnostní rezervě vždy nějak předimenzovat a pokud si připlatíte, výrobce vám klidně dodá i součástky, které k sobě „přesně pasují“. V ideálním případě však sáhneme spíše po zmiňovaných tranzistorech ASFET s předpoklady pro ještě rovnoměrnější, a zejména dynamické, sdílení proudu. Nesledujeme pouze statické parametry. V provozu totiž spínáme, a opakovaně.

Jednoduché novinky s kanálem typu N měří 8 × 8 × 1,6 mm, chrání je pouzdro typu LFPAK88 či SOT1235 (copper-clip) a ustojí provozní teploty od -55 °C až do +175 °C. Ušetřit lze proto hned na několika frontách, mimo jiné i v souvislosti s dodatečnými testy, kterým se zpravidla nevyhneme. Dříve jsme se také potřebovali ujistit, jak budou součástky ve skutečnosti reagovat na rostoucí zatěžování, řekněme v řádu desítek ampér. I když hradla ovládáme ze stejného budiče, bylo zkrátka stále složité zajistit za různých podmínek dělení zatěžovacího proudu tranzistorů MOSFET „dostatečně rovným“ dílem.

Firma Nexperia uvádí, že jejich specifické tranzistory při zapínání, resp. vypínání, a také za předpokladu dílčího zatěžování až do velikosti 50 A/větev, snižují vzájemnou „proudovou deltu“ zhruba na polovinu (u ASFETů poté ΔI_D/I_D v základním přiblížení klesá z 180 mA/A na 90 mA/A; platí pro ΔV_GS @ 50 A = ~0,5 V). Označením ΔI_D zde přitom chápeme rozdíl ve velikosti zatěžovacího proudu mezi jednotlivými, paralelně řazenými MOSFETy. Ten ale může být jinak docela výrazný a „ruční“ výběr spínacích prvků, které budou k sobě s ohledem na prahové úrovně V_GS(th) pasovat, včetně souvisejícího třídění a testování, pochopitelně zase tolik neláká – a vlastně ani nemusí (zmíněné napětí se obvykle měří pro I_D ≤ 1 mA a, aby toho nebylo málo, je zároveň i funkcí teploty).

V případě nových ASFETů lze na základě dokumentace, viz také obrázky pro 100V tranzistory, nyní počítat až s polovičním oknem pro napětí V_GS(th), což poplatně „rozptylu“ mezi minimální a maximální hodnotou znamená pouze 0,6 V. K tomu si dále přičtěte nízký odpor v sepnutém stavu R_DS(on) na úrovni 1,9 mΩ či 2,3 mΩ. Zmíněné maximální hodnoty naše unipolární tranzistory podle všeho zdobí již v samotném názvu (např. PSMN2R3-100SSJ), podobně jako přípustné napětí mezi vývody Drain a Source.

Redakčně připraveno s využitím zprávy Nexperia Application-specific MOSFETs provide enhanced dynamic current sharing for high power industrial applications a materiálů, dostupných na stránkách výrobce.

robenek@dps-az.cz