TL; DR Verwenden Sie BJTs für den linearen Betrieb, keine FETs
Die meisten FETs sind nicht für einen sicheren Betriebsbereich (SOA) bei Gleichstrom ausgelegt. Bipolartransistoren (BJT) sind.
Wenn Sie den SOA-Graphen für einen FET untersuchen, finden Sie eine Reihe von Kurven für Impulse mit einer Dauer von 1 µs, 10 µs, 1 ms usw., aber selten eine Kurve für Gleichstrom. Sie können versuchen, auf eigenes Risiko auf "Near DC" zu extrapolieren, wenn Sie möchten. Dies bedeutet, dass der Hersteller nicht bereit ist anzugeben, wie viel Verlustleistung im Gleichstrombetrieb zulässig ist.
Es wird oft gesagt, dass FETs aufgrund ihres positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten gut parallel sind. Wenn sie heiß werden, steigt ihr Widerstand, so dass der Strom in der heißen Phase abnimmt und die Situation stabil ist. FETs bestehen intern aus mehreren parallel geschalteten Zellen, daher teilen sie sich auch OK, oder? Falsch!
Dies gilt nur für den Temperaturkoeffizienten des Widerstands. FETs haben auch einen anderen Temperaturkoeffizienten, der der Temperaturkoeffizient der Schwellenspannung ist, und der ist negativ. Wenn sich der FET bei konstanter Gate-Spannung erwärmt, nimmt er mehr Strom auf. Wenn die Gate-Spannung sehr hoch ist und einen geschalteten FET sättigt, ist der Effekt minimal, aber wenn die Spannung um den Schwellenwert abfällt, ist er sehr stark. Wenn sich eine Zelle aufheizt, steigt ihr Strom an, so dass sie sich noch weiter aufheizt und die Gefahr eines thermischen Durchbruchs besteht, bei dem eine Zelle versucht, den gesamten Strom durch das Gerät abzufangen.
Dieser Effekt wird durch zwei Dinge begrenzt. Einer ist, dass die Düse dazu neigt, überall bei der gleichen Temperatur zu starten, wenn sie keiner ungleichmäßigen Erwärmung ausgesetzt war. Es braucht also Zeit, bis die Instabilität zunimmt. Aus diesem Grund können kurze Impulse mehr Leistung verbrauchen als lange Impulse. Die zweite ist die Wärmeleitfähigkeit über die Düse, die dazu neigt, die Temperatur darüber auszugleichen. Dies bedeutet, dass ein bestimmter Schwellenleistungspegel erforderlich ist, damit die Instabilität wächst.
BJT-Hersteller tendieren dazu, diese Leistungsstufe zu beziffern, FET-Hersteller jedoch nicht. Vielleicht liegt es daran, dass der DC-SOA-Wert einen viel kleineren Teil seiner Verlustleistung in FETs ausmacht, dessen Beschreibung peinlich wäre. Vielleicht liegt es daran, dass im linearen Betrieb so viele Vorteile eines FETs wegfallen, dass es sich nur lohnt, BJTs für einen bestimmten Leistungspegel zu verwenden, für die es keinen kommerziellen Anreiz gibt, FETs für den DC-Einsatz zu qualifizieren.
Ein Grund dafür, dass BJTs einen großflächigen, stabilen Übergang haben können und FETs nicht, liegt in ihrer Funktionsweise. Die "Schwelle" für BJTs, die 0,7 VV be , ist eine Funktion des Materials und über die große Matrize hinweg sehr konsistent. Die Schwelle für FETs hängt von der Dicke der dünnen Gate-Schicht ab, die eine hergestellte Abmessung ist, die schlecht definiert ist (Sie wissen, wie breit die Spezifikation für FET V gsth in einem Datenblatt ist!), Da sie der kleine Unterschied zwischen zwei großen Diffusionen ist Schritte.
Das heißt, es gibt einige FETs, die für die Verwendung mit Gleichstrom charakterisiert sind. Sie sind rar gesät und im Vergleich zu ihren vermittlungsoptimierten Brüdern sehr teuer. Sie werden mehr Tests und Qualifikationen gehabt haben und einen anderen Prozess anwenden, der wenig Widerstand und einige andere vorteilhafte FET-Merkmale opfert.
Verwenden Sie einen Darlington-Transistor, wenn Sie einen niedrigen Basisantriebsstrom wünschen. Die zusätzlichen 0,7 V min V ce sind weitgehend irrelevant, da Sie sie linear betreiben werden.
Wenn Sie dennoch einen Schalt-FET für den Gleichstrombetrieb verwenden möchten, halten Sie sich an 5% bis 10% der Gesamtverlustleistung. Sie können gut damit durchkommen.
Janka stellte eine interessante Frage in Kommentaren: "Was ist mit einem IGBT?". Nach dieser App Hinweis ,No detailed characterization of IGBTs as linear amplifiers has been carried out by IR, given the limited use of IGBTs in this type of application.
Das VI-Diagramm aus diesem Datenblatt für den NGTG50N60FW-D
VG E
Das SOA-Diagramm
hat eine DC-Leitung, und diese Leitung hat eine Leistung von etwas mehr als 200 Watt, die Headline-Leistung des Geräts. Haben sie es richtig charakterisiert?
Ein IGBT benötigt zum Ansteuern keinen Strom, benötigt jedoch mehr Gate-Volt als ein Darlington-Basis-Volt, so dass er möglicherweise einfacher anzusteuern ist oder nicht. Im Moment habe ich keine endgültigen Informationen zu IGBTs in dieser Betriebsart gefunden.