MOSFET транзисторы обеднённого типа от IXYS – особенности и способы применения

Статья описывает особенности строения MOSFET транзисторов обеднённого типа (с собственным каналом) и возможные применения подобных транзисторов.
Дмитрий Козлов

Американский производитель компонентов для силовой электроники IXYS предлагает семейство транзисторов обедненного (открытого) типа. Технологически это реализуется путём внедрения канала между стоком и истоком области с соответствующей электропроводимостью. В зависимости от степени легирования канала получают MOSFET транзисторы обогащённого и обеднённого типа. В транзисторах обогащённого типа при напряжении затвор-исток равно нулю ток равен так же равен нулю, тогда как в транзисторах обеднённого типа протекает ток стока. [1]

Схема включения транзистора обеднённого типа
Рисунок 1. Схема включения транзистора обеднённого типа.

Транзисторы обедненного типа с собственным каналом (depletion mode) номинально открыты и пропускают ток, для закрытия транзистора необходимо приложить определённое напряжение (рис. 1). Таким образом, избыточное напряжение, ликвидируется при помощи защитного диода.
Силовые транзисторы IXYS выполняются по технологии DMOSFET (транзисторы двойной диффузии) и имеют вертикальную структуру, что позволяет с одной стороны иметь адекватную стоимость на рынке, с другой стороны выдерживать более высокое напряжение.
Компания IXYS в лице своего официального дистрибьютора на территории России ЭЛТЕХа выпустила на рынок 2 направления обеднённых MOSFET транзисторов: маломощные (таблица 1) и высокомощные MOSFET-транзисторы (таблица 2)

Наименование Vdsx*, В Rds(on), Ом Vgs(off) – мин. В Vgs(off) – макс. В Idss, мин. мА Корпус
CPC3701 60 1 -0.8 -2.9 600 SOT-89
CPC3703 250 4 -1.6 -3.9 300 SOT-89
CPC3708 350 14 -2 -3.6 130 SOT-89, SOT-223
CPC3710 250 10 -1.6 -3.9 220 SOT-89
CPC3714 350 14 -1.6 -3.9 240 SOT-89
CPC3720 350 22 -1.6 -3.9 130 SOT-89
CPC3730 350 30 -1.6 -3.9 140 SOT-89
CPC3902 250 2.5 -1.4 -3.1 400 SOT-223
CPC3909 400 6 -1.4 -3.1 300 SOT-223
CPC3960 600 44 -1.4 -3.1 100 SOT-223
CPC3980 800 45 -1.4 -3.1 100 SOT-223
CPC3982 800 380 -1.4 -3.1 20 SOT-23
CPC5602 350 14 -2 -3.6 130 SOT-223
CPC5603 415 14 -2 -3.6 130 SOT-223

Таблица 1. Маломощные варианты исполнения MOSFET транзисторов обеднённого типа от IXYS.

Наименование Vdsx, В Id(on), A Rds(on), Ом Vgs(off), В Корпус
IXTH16N10D2 100 16 0.064 -4.0 TO-247
IXTT16N10D2 100 16 0.064 -4.0 TO-268
IXTH16N20D2 200 16 0.073 -4.0 TO-247
IXTT16N20D2 200 16 0.073 -4.0 TO-268
IXTA6N50D2 500 6 0.5 -4.0 TO-263
IXTH6N50D2 500 6 0.5 -4.0 TO-247
IXTP6N50D2 500 6 0.5 -4.0 TO-220
IXTT6N50D2 500 6 0.5 -4.0 TO-268
IXTA3N50D2 500 3 1.5 -4.0 TO-263
IXTP3N50D2 500 3 1.5 -4.0 TO-220
IXTH3N50D2 500 3 1.5 -4.0 TO-247
IXTA1R6N50D2 500 1.6 2.3 -4.0 TO-263
IXTP1R6N50D2 500 1.6 2.3 -4.0 TO-220
IXTY1R6N50D2 500 1.6 2.3 -4.0 TO-252
IXTA08N50D2 500 0.8 4.6 -4.0 TO-263
IXTP08N50D2 500 0.8 4.6 -4.0 TO-220
IXTY08N50D2 500 0.8 4.6 -4.0 TO-252
IXTA02N100D2 1000 0.2 75 -5.0 TO-263
IXTP02N100D2 1000 0.2 75 -5.0 TO-220
IXTU02N100D2 1000 0.2 75 -5.0 TO-251
IXTY02N100D2 1000 0.2 75 -5.0 TO-252
IXTA6N100D2 1000 6 2.2 -4.5 TO-263
IXTH6N100D2 1000 6 2.2 -4.5 TO-247
IXTP6N100D2 1000 6 2.2 -4.5 TO-220
IXTA3N100D2 1000 3 5.5 -4.5 TO-263
IXTP3N100D2 1000 3 5.5 -4.5 TO-220
IXTA1R6N100D2 1000 1.6 10 -4.5 TO-263
IXTP1R6N100D2 1000 1.6 10 -4.5 TO-220
IXTY1R6N100D2 1000 1.6 10 -4.5 TO-252
IXTA08N100D2 1000 0.8 21 -4.0 TO-263
IXTP08N100D2 1000 0.8 21 -4.0 TO-220
IXTY08N100D2 1000 0.8 21 -4.0 TO-252

Таблица 2. Высокомощные MOSFET транзисторы обеднённого типа от IXYS.

  • Примечание:
    Vdsx – напряжение сток-исток
    Rds(on) - сопротивление в открытом состоянии
    Vgs(off) – пороговое напряжение
    Idss – ток утечки затвора
    Id(on) – непрерывный ток стока

MOSFET транзисторы обеднённого типа получили довольно широкое применение в современной электронике. Рассмотрим некоторые схемы использования транзисторов IXYS.

Одной из таких областей является построение прецизионного источника тока путем установки транзистора в схему с источниками опорного напряжения [2]. В таком случае транзистор компенсирует колебания напряжения питания. Источник тока в итоге обеспечивает общий ток нагрузки, включающий в себя ток через резистор и ток покоя. Такая схема позволяет получить прецизионный ток и сверхвысокий выходной импеданс.

Использование MOSFET транзистора для источника прецизионного тока
Рисунок 2. Использование MOSFET транзистора для источника прецизионного тока.

Другим применением может стать создание нормально замкнутого твердотельного реле с использованием специализированного оптически изолированного драйвера. В примере (рис. 3) используется оптический драйвер IXYS FDA217. Для реализации реле используются 2 внешних MOSFET транзистора обеднённого типа CPC3980, объединённые для создания AC/DC ключа. Т.к. FDA217 имеет внутреннюю схему выключения, отпадает необходимость в нагрузочных резисторах.

Схема нормально замкнутого реле с применением транзисторов IXYS
Рисунок 3. Схема нормально замкнутого реле с применением транзисторов IXYS.

Многие задачи требуют использование стабилизатора напряжения с низким выходным напряжением и высоким входным напряжением от 120 В до 240 В. В большинстве схем используется входное напряжение не больше 15 В и довольно низкий ток потребления. На рисунке 4 приведена схема стабилизатора с высоким входным напряжением и использованием LDO регулятора с MOSFET транзистором обедненного типа. Естественно при подборе транзистора в такую схему необходимо учитывать мощность, которая будет рассеиваться на транзисторе.

Схема регулятора напряжения с высоким входным напряжением
Рисунок 4. Схема регулятора напряжения с высоким входным напряжением.

Эта схема также может применяться для подавления высоковольтных выбросов в цепи питания. Высоковольтные переходные процессы в области телекоммуникаций обычно возникают из-за воздействия разрядов молнии и паразитного излучения. В автомобилестроении и авиастроении главной причиной подобных процессов обычно являются индуктивные нагрузки.
Ещё одно применение MOSFET транзисторов обедненного типа – защита измерительных входов от подачи на них высокого напряжения (рис. 5). В таком случае транзистор обеднённого типа работает как ограничитель тока, а избыточное напряжение уходит во входной защитный диод.

Защита измерительных цепей при помощи MOSFET транзистора
Рисунок 5. Защита измерительных цепей при помощи MOSFET транзистора.

Таким образом, при помощи MOSFET транзисторов обедненного типа от IXYS можно решить широкий спектр задач. При этом применение транзисторов IXYS позволяет также сократить расходы относительно более дорогих вариантов реализации схем. Информацию о самых новых компонентах IXYS вы можете найти на сайте компании ЭЛТЕХ.

Литература:

  1. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. 12-е изд. Том I: Пер. с нем. – М.: ДМК. Пресс, 2008
  2. IXYS Integrated Circuits Division Application Note AN-500 Depletion-Mode Power MOSFETs and Applications