Queequeg wrote:

> Co ty robisz z takimi napięciami? :)

Energia zgromadzona w kondensatorze zależy liniowo od jego pojemności,
a kwadratowo od napięcia. Dlatego 50uF przy 900V zawiera w sobie tyle
energii, co 450uF przy 300V. Dzięki znacznie mniejszej pojemności nie
musi to być kondensator elektrolityczny, więc go eliminuję i zyskuję
na trwałości urządzenia. Do tego trzeba mieć odpowiednie tranzystory,
ale w ostatnich latach nastąpił wysyp elementów z węglika krzemu na
1200V i więcej, więc tu problemu nie ma. Ponadto, przy tej samej mocy
w układzie zasilanym większym napięciem płyną proporcjonalnie mniejsze
prądy, a straty rezystancyjne zależą od kwadratu prądu. Układ zasilany
z 900V będzie się grzał 9x mniej, niż układ zasilany z 300V. Mniej
ciepła to większa sprawność, ale przede wszystkim brak podgrzewania
wszystkiego w okolicy => znów podnosi się trwałość urządzenia.

> No tak :) Czyli w tym 900V jest po prostu większa pojemność bramki?

Większa w porównaniu z czym?

> Mega. Ta technologia tworzenia tranzystorów z pojedynczych "komórek" na
> wspólnym podłożu jakoś się nazywa? Kiedy to wymyślili?

Czy i jak się ta technika nazywa to nie wiem, ale HEXFETy wprowadzono
na rynek w 1979, więc stosuje się ją co najmniej od tego czasu. Pewnie
jest znacznie starsza.

> Hmm. A to zwarcie drenu ze źródłem nie jest na bardzo małym obszarze?
> Nie powinno się momentalnie przepalić i pozwolić reszcie tranzystora pracować?

Domieszki i metalizacja się rozpuszczą w krzemie i się tworzy dobrze
przewodzący stop. On nawet nie musi być dosłownie ciekły, wystarczy,
że dyfuzja zajdzie dostatecznie szybko.

> Czyli nawet w tranzystorze niepodzielonym na komórki mogą być hotspoty,
> które wynikają z niedoskonałości krzemu?

Hotspoty mogą się pojawić nawet w diodzie i są olbrzymim problemem
przy produkcji elementów dla energoelektroniki. Zrobić dostatecznie
jednolitą strukturę np. tyrystorową o powierzchni kilku cm^2, która nie
odparuje przy grubych kiloamperach to jest mistrzostwo galaktyki.

> Swoją drogą, moge spytać skąd masz taką wiedzę na temat półprzewodników?
> Gdzie tego uczą? :)

Nie przesadzajmy, sporo tego jest choćby w Sztuce Elektroniki Horowitza
i Hilla.

> No to liczymy. Jest IRFZ44N, Qg=63nC przy Id=25A (swoją drogą ma podane
> też Qgs=14nC przy Vds=44V; czemu to jest dużo mniejsze, skoro ładujemy
> bramkę względem źródła?)

Ale CO ładujemy względem źródła? :-)

14nC przy prądzie 12mA to 1.16us. Masz swoje 900ns, wszystko się zgadza.
To jest pierwszy obszar na wykresie V_GS(Qg), ładujesz zwykły
kondensator. Ale przy przekroczeniu V_TH pod bramką uformował Ci się
przewodzący kanał, którego tam wcześniej nie było. Są dwie elektrody
i dielektryk, utworzył się nowy kondensator. I to jeszcze taki parszywy,
że jego powierzchnia gwałtownie rośnie wraz z napięciem
bramki. A tym samym efektywna pojemność. Nieprzerwanie pompujesz w
bramkę ładunek, a napięcie na bramce stoi. To jest plateau. Potem
struktura kanału jest już w pełni uformowana i pojemność przestaje
rosnąć, więc liniowo rośnie napięcie -- trzeci odcinek charakterystyki.
Nie ma to nic wspólnego z efektem Millera, bo plateau zaobserwujesz
przy dowolnie powolnym ładowaniu bramki -- impedancja C_GD jest
wtedy bliska nieskończoności i dren nie ma żadnego sprzężenia
z obwodem ładowania bramki, CBDO. Efekt Millera to zjawisko dynamiczne.

> Zauważalnie dłużej, niż liczone z pojemności :)

Pojemność bramki bardziej wprowadza błąd niż jest użytecznym parametrem
projektowym w zastosowaniach przełączających. Jest bardzo nieliniowa, a
ładunek całkowity zawiera już w sobie wszystkie efekty wyższych rzędów.

> Patrzę teraz na "Maximum safe operating area" i wychodzi, że powinno być
> OK. Nawet dla 100us przy Vds=12V wychodzi maksymalny dopuszczalny Id=100A
> (czyli kosmiczny, ale zauważalnie większy niż moje 3.5A)...

Właśnie zacząłeś to świadomie liczyć, a nie zgadywać. Zupełnie bez
uszczypliwości powiem, że to ważny dzień. :-)
Teraz już *wiesz*, dlaczego to zadziała poprawnie.

> W sumie -- czemu by odparował skoro mieści się w safe operating area?

Nawet w typowej przetwornicy działającej na 100kHz jeden pełny okres
kluczowania to 10us. Ty go w połowie tego czasu nawet nie zdążyłeś
dobrze włączyć, a już trzeba wyłączać. Przez sporą część tego czasu
tranzystor siedzi w obszarze triodowym, zachowując się jak rezystor.
Będzie gorąco. :-)

> Jakbym go nie kluczował raz na sekunde tylko raz na milisekundę? Wtedy
> safe operating area się nie liczy, bo jest podane tylko dla "single pulse"

W tym czasie wydzieli się pewna ilość energii, która podniesie
temperaturę struktury. A w kolejce już stoi następny impuls.
Czas między impulsami jest krótki, więc moc będzie spora.

> Tak... widzę właśnie, jedno dzielenie.

Dodatkowo z czasu przełączania i ładunku łatwo policzyć moc potrzebną do
przeładowania bramki, a więc i straty.

> Chyba że się więcej niż jeden usmaży? :)

No tak, układ jest odporny na awarię co najwyżej jednego elementu.
Zwykłe połączenie jest odporne na awarię co najwyżej zera elementów.

> Jak myślałem kiedyś, jak coś takiego zabezpieczyć (choć nie konkretnie ten
> układ) to wymyśliłem, żeby wrzucić na wejście bezpiecznik i w momencie
> wykrycia awarii tranzystora procesor zwierał zasilanie tyrystorem (bez
> ograniczenia prądowego albo z takim, które przekroczy prąd bezpiecznika) i
> niech ten bezpiecznik sobie ładnie odparuje. Nie wiem na ile ma to sens.
> Tak czy inaczej tu czegoś takiego nie chcę ;)

Przeanalizuj dokładniej działanie opisanego układu. On jest odporny na
*każdy* scenariusz Single Point of Failure, a Twoje zabezpieczenie tylko
na awarię MOSFETa na zwarcie. Awarii "na przerwę" bezpiecznik nie
wykryje i węże odmrożą sobie tyłek. :-)

Pozdrawiam, Piotr