Cách chọn một transistor cho các bộ nguồn chuyển mạch và tuyến tính

Có một số điều cần xem xét về cách chọn một transistor. Ứng dụng cụ thể yêu cầu một thiết bị phù hợp hoàn hảo để có được chức năng mong đợi. Ví dụ: nếu ứng dụng đang chuyển đổi, một thiết bị phù hợp hơn để chuyển đổi phải được chọn. Nó theo sau với một ứng dụng đang hoạt động. Dưới đây là hướng dẫn lựa chọn transistor dựa trên kinh nghiệm thực tế. Tiếp tục đọc bên dưới để hiểu mọi thứ về cách chọn transistor.

Cách chọn một transistor – Chuyển mạch không liên tục

Chuyển mạch không liên tục có nghĩa là transistor được sử dụng để hoạt động như một công tắc nhưng không liên tục chuyển đổi giữa mức cao và mức thấp như trong bộ chuyển đổi PWM. Ví dụ trong số này là trình điều khiển chuyển tiếp của gạt nước phía trước ô tô, đèn pha, đèn sương mù, công tắc bật tắt từ xa và những thứ tương tự. Khi sử dụng transistor làm công tắc như thế này, các thông số chính cần lưu ý là:

1. Độ lợi dòng điện của thiết bị (ß)

Số một trong danh sách về cách chọn transistor cho ứng dụng chuyển mạch là độ lợi hiện tại hoặc phiên bản beta. Chọn thiết bị có mức tăng hoặc phiên bản beta hiện tại tối thiểu cao hơn. Một thiết bị beta cao hơn có thể dễ dàng bị bão hòa. Ví dụ, các bộ phận có sẵn đang có beta 160-400, 100-300 và 200-400; chọn phạm vi 200-400 beta. Khi cấu hình transistor như một công tắc, độ lợi của mạch không còn phụ thuộc vào độ lợi của thiết bị. 

2. Đánh giá dòng điện liên tục

Chọn thiết bị có định mức dòng điện một chiều đủ cao so với tải thực tế. Bạn có thể xem xét mức giảm căng thẳng 70%. Ví dụ dòng điện liên tục của mạch (cụ thể là dòng điện cực thu) là 200mA, hãy chọn thiết bị có dòng điện tối thiểu là 285mA. Trong thiết kế thực tế cho dòng điện liên tục của mạch 200mA, giá trị tiêu chuẩn gần nhất sẽ là transistor 500mA.

Điều quan trọng là phải xem xét đánh giá dòng điện liên tục đối với nhiệt độ môi trường xung quanh. Đối với transistor công suất, nhiệt độ dòng điện so với trường hợp cũng phải được xem xét. Ví dụ, nhiệt độ môi trường hoặc trường hợp tối đa mà mạch có thể tiếp xúc là 50 ° C, hãy tìm định mức dòng điện tương đương với nhiệt độ này và từ định mức dòng điện này cung cấp biên độ ứng suất 70% như đã đề cập ở trên.

3. Dòng đỉnh xung đơn

Nếu mạch có dòng điện quá độ hoặc dòng khởi động, hãy đưa vào danh sách kiểm tra của bạn về cách chọn một transistor xếp hạng dòng điện đỉnh xung đơn. Bạn phải ước tính (hoặc đo) dòng điện khởi động và khả năng của thiết bị phải cao hơn mức này. Duy trì 70% căng thẳng.

4. Tiêu tán điện

Kiểm tra sự tiêu tán điện. Tính toán sự tiêu tán công suất của transistor và so sánh nó với xếp hạng. Sự tiêu tán công suất của transistor là tổng của sự tiêu tán của giọt cực phát và cực C-E.

Đánh giá mức độ tiêu tán công suất của bất kỳ transistor nào được đưa ra trong biểu dữ liệu. Trong hầu hết các trường hợp, giá trị đã cho được lấy từ các điều kiện danh định như nhiệt độ môi trường danh nghĩa. Nếu mạch của bạn phải chịu nhiệt độ cao, hãy lấy định mức tiêu tán công suất tương đương của thiết bị tương ứng với nhiệt độ tối đa. Một số nhà sản xuất đã cung cấp biểu đồ tản nhiệt so với nhiệt độ trong biểu dữ liệu của họ. Trong trường hợp không có, bạn có thể sử dụng phương trình dưới đây.

Đối với transistor công suất thấp

Đối với transistor công suất cao

Ở đâu;

• PdissCapability là mức tiêu tán điện năng mà thiết bị có thể xử lý ở một nhiệt độ hoạt động cụ thể.
• Tjmax là nhiệt độ mối nối tối đa của thiết bị có thể hoạt động
• Tamax là nhiệt độ môi trường hoạt động tối đa
• Tcmax là nhiệt độ trường hợp tối đa của thiết bị
• Rthja là điện trở nhiệt từ đường giao nhau đến môi trường xung quanh
• Rthjc là điện trở nhiệt từ mối nối đến trường hợp

Ví dụ, một transistor nhất định có Tjmax = 150 ° C và Rthja = 200K / W và nó sẽ tiếp xúc với 120 ° C, tính toán khả năng công suất của transistor.

Khả năng xử lý công suất của transistor ở 120 ° C chỉ là 150mW. Công suất tiêu thụ thực tế được tính toán của thiết bị không được vượt quá mức này. Hãy xem xét ứng suất công suất tối đa là 70%.

5. Điện áp C-E với đế mở (VCEO)

Cái này rất quan trọng. Xếp hạng VCEO của thiết bị phải cao hơn điện áp nguồn cung cấp cho bộ thu khoảng 30%. Giả sử nguồn cung cấp bộ thu là 35V, định mức VCEO của thiết bị phải ở khoảng 45V. Khi tải là cuộn dây rơle, bạn không thể dựa vào định mức VCEO của transistor vì cuộn dây rơle sẽ tạo ra điện áp giật ngược vào thời điểm transistor bị cắt. Điện áp giật ngược này rất cao và bạn có thể cần phần tử kẹp bổ sung như diode quay tự do hoặc bộ triệt điện áp thoáng qua.

6. Phạm vi nhiệt độ hoạt động

Đừng quên thông số này. Nếu thiết kế của bạn được sử dụng ở Bắc Mỹ, trong đó nhiệt độ xuống dưới 0, bạn cần chọn một transistor có thể hoạt động ở nhiệt độ âm. Mặt khác, nếu thiết kế của bạn tiếp xúc với môi trường quá nóng như ở Châu Phi hoặc được lắp đặt dưới mui xe ô tô, bạn phải cân nhắc sử dụng transistor có nhiệt độ hoạt động tối đa cao hơn 100 ° C.

7. Điện áp bão hòa C-E

Khi sử dụng transistor làm công tắc, điện áp bộ C-E phải đủ thấp để yêu cầu mức logic thấp sẽ dễ dàng đáp ứng. Điện áp bão hòa cực C-E rất thấp cũng sẽ làm giảm ứng suất công suất của transistor.

Cách chọn transistor – Để chuyển mạch liên tục hoặc lặp lại

Dưới đây là các thông số quan trọng cần lưu ý đối với ứng dụng trong đó có quá trình chuyển đổi liên tục giữa độ bão hòa và điểm cắt.

1. Độ lợi dòng điện của thiết bị

Chọn thiết bị có mức tăng hoặc phiên bản beta hiện tại tối thiểu cao hơn. Một thiết bị beta cao hơn có thể dễ dàng bị bão hòa. Ví dụ, các bộ phận có sẵn đang có beta 160-400, 100-300 và 200-400; chọn phạm vi 200-400 beta.

2. Đánh giá dòng điện liên tục

Chọn thiết bị có định mức dòng DC đủ cao so với mức DC của tải thực tế. Bạn có thể xem xét mức giảm căng thẳng 70%. Nếu transistor được sử dụng trong bộ chuyển đổi chuyển mạch, dòng thu không phải là dòng điện một chiều thuần túy; nó có thể là hình tam giác, hình thang, DC xung hoặc các dạng tương tự như Hình 1 dưới đây. Lấy giá trị tương đương DC của các dạng sóng này và so sánh nó với định mức dòng điện liên tục của transistor.

Ví dụ dòng điện liên tục của mạch là 2A, chọn một thiết bị có định mức dòng điện ít nhất là 2,85A.

Điều quan trọng là phải xem xét đánh giá dòng điện liên tục đối với nhiệt độ môi trường xung quanh. Đối với transistor công suất, nhiệt độ dòng điện so với trường hợp cũng phải được xem xét. Ví dụ, nhiệt độ môi trường hoặc trường hợp tối đa mà mạch có thể tiếp xúc là 50 ° C, hãy tìm định mức dòng điện tương đương với nhiệt độ này và từ định mức dòng điện này cung cấp biên độ ứng suất 70% như đã đề cập ở trên.

3. Đánh giá Dòng điện RMS

Một số nhà sản xuất cung cấp dữ liệu này trong biểu dữ liệu của họ. Tương tự với mục số 2, lấy RMS tương đương của dạng sóng không phải DC và so sánh với xếp hạng này. Một lần nữa duy trì mức căng thẳng tối đa 70%.

4. Dòng điện lặp lại cao điểm

Đối với ứng dụng như bộ chuyển đổi chuyển mạch trong đó transistor hoạt động lặp đi lặp lại giữa cắt và bão hòa, dòng điện cực thu lặp lại đỉnh phải được lưu ý. Hình dưới đây cho thấy dòng điện lặp lại cao nhất.

Hình 1 – Đây là dòng thu của transistor công suất được sử dụng làm công tắc trong bộ chuyển đổi tăng CCM

5. Dòng đỉnh xung đơn

Điều này khác với dòng điện lặp lại đỉnh trong mục 4. Đây là dòng điện xung đơn gây ra bởi các điều kiện khởi động hoặc thoáng qua. Bạn phải ước tính (hoặc đo / mô phỏng) dòng điện khởi động thực tế và khả năng của thiết bị phải cao hơn mức này. Duy trì 70% căng thẳng.

6. Tiêu tán điện năng

Kiểm tra sự tiêu tán điện. Tính toán sự tiêu tán công suất của transistor và so sánh nó với xếp hạng. Sự tiêu tán công suất của transistor là tổng của sự tiêu tán của sụt giảm bộ phát gốc và bộ C-E cộng với tổn thất chuyển mạch.

Suy hao khi chuyển mạch là do điện dung đầu ra, thời gian bật và tắt hoặc thời gian tăng và giảm. Điện dung cơ bản cũng là một yếu tố đóng góp vào điều này.

Khả năng tiêu tán điện của bất kỳ transistor nào được đưa ra trong biểu dữ liệu. Trong hầu hết các trường hợp, giá trị đã cho được lấy từ các điều kiện danh định như nhiệt độ môi trường danh nghĩa. Nếu mạch của bạn phải chịu nhiệt độ cao, hãy lấy khả năng tản điện tương đương của thiết bị tương ứng với nhiệt độ tối đa. Một số nhà sản xuất đã cung cấp biểu đồ tản nhiệt so với nhiệt độ trong biểu dữ liệu của họ. Trong trường hợp không có, bạn có thể sử dụng phương trình dưới đây.

Đối với transistor công suất thấp

Đối với transistor công suất cao

Ở đâu;

• PdissCapability là mức tiêu tán điện năng mà thiết bị có thể xử lý ở một nhiệt độ hoạt động cụ thể.
• Tjmax là nhiệt độ mối nối tối đa của thiết bị có thể hoạt động
• Tamax là nhiệt độ môi trường hoạt động tối đa
• Tcmax là nhiệt độ trường hợp tối đa của thiết bị
• Rthja là điện trở nhiệt từ đường giao nhau đến môi trường xung quanh
• Rthjc là điện trở nhiệt từ mối nối đến trường hợp

Ví dụ, một transistor nhất định có Tjmax = 150 ° C và Rthjc = 20K / W và nhiệt độ trường hợp tối đa ước tính là 100 ° C, hãy tính khả năng công suất của transistor.

Khả năng xử lý công suất của transistor ở nhiệt độ trường hợp 100 ° C chỉ là 2,5W. Công suất tiêu thụ thực tế được tính toán của thiết bị không được vượt quá mức này. Hãy xem xét ứng suất công suất tối đa là 70%.

7. Điện áp C-E với đế mở (VCEO)

Cái này rất quan trọng. Xếp hạng VCEO của thiết bị phải cao hơn điện áp nguồn cung cấp cho bộ thu khoảng 30%. Giả sử nguồn cung cấp bộ thu là 35V, định mức VCEO của thiết bị phải ở khoảng 45V. Khi tải là cuộn dây rơle, bạn không thể dựa vào định mức VCEO của transistor vì cuộn dây rơle sẽ tạo ra điện áp giật ngược vào thời điểm transistor bị cắt. Điện áp giật ngược này rất cao và bạn có thể cần phần tử kẹp bổ sung như diode quay tự do hoặc bộ triệt điện áp thoáng qua.

8. Đặc điểm động

Chọn một transistor có điện dung đầu ra thấp. Điện dung cao hơn có thể làm chậm phản ứng của transistor và nó có thể góp phần vào tổng tổn thất / tiêu tán.

Xem xét cả thời gian bật và tắt. Thời gian bật và tắt nhanh hơn sẽ tốt hơn cho một số ứng dụng. Tuy nhiên một số ứng dụng không cần thời gian bật và tắt quá nhanh.

Chọn một transistor có thời gian phục hồi chuyển tiếp nhanh đối với diode cơ thể.

9. Phạm vi nhiệt độ hoạt động

Đừng quên thông số này. Nếu thiết kế của bạn được sử dụng ở Bắc Mỹ, trong đó nhiệt độ xuống dưới 0, bạn cần chọn một transistor có thể hoạt động ở nhiệt độ âm. Mặt khác, nếu thiết kế của bạn tiếp xúc với môi trường quá nóng như ở Châu Phi hoặc được lắp đặt dưới mui xe ô tô, bạn phải cân nhắc sử dụng transistor có nhiệt độ hoạt động tối đa cao hơn 100 ° C.

10. Điện áp bão hòa C-E

Vì ứng dụng là một công tắc, bạn có thể cần điện áp bão hòa rất thấp để mức logic thấp gần bằng không. Điện áp bão hòa cực C-E rất thấp cũng sẽ làm giảm ứng suất công suất của transistor.

Cách chọn transistor nguồn tuyến tính

Đây là các thông số chính cần lưu ý về cách chọn một transistor cho hoạt động tuyến tính.

1. Độ lợi dòng điện của thiết bị

Chọn một transistor có độ lợi cao hơn và có dải tần chặt chẽ. Mức khuếch đại cao hơn sẽ tốt cho quá trình khuếch đại và hoạt động tuyến tính. Phạm vi khuếch đại chặt chẽ ngăn đầu ra thay đổi nhiều, do đó hoạt động ổn định.

2. Xem xét Thông số kỹ thuật về băng thông và tần số cho các ứng dụng tần số cao

3. Đánh giá dòng điện liên tục

Chọn một transistor có định mức dòng điện một chiều đủ cao so với tải thực tế. Bạn có thể xem xét mức giảm căng thẳng 70%. Ví dụ dòng điện liên tục của mạch (cụ thể là dòng điện cực thu) là 200mA, hãy chọn thiết bị có dòng điện tối thiểu là 285mA. Trong thiết kế thực tế cho dòng điện liên tục của mạch 200mA, giá trị tiêu chuẩn gần nhất sẽ là transistor 500mA.

Điều quan trọng là phải xem xét đánh giá dòng điện liên tục của transistor đối với nhiệt độ môi trường xung quanh. Đối với transistor công suất, nhiệt độ dòng điện so với trường hợp cũng phải được xem xét. Ví dụ, nhiệt độ môi trường hoặc trường hợp tối đa mà mạch có thể tiếp xúc là 50 ° C, hãy tìm định mức dòng điện tương đương với nhiệt độ này và từ định mức dòng điện này cung cấp biên độ ứng suất 70% như đã đề cập ở trên.

4. Đánh giá Dòng điện RMS

Nếu dạng sóng dòng điện của bộ thu không phải là DC, hãy lấy giá trị RMS của nó và so sánh với định mức của thiết bị bạn muốn sử dụng. Luôn coi mức căng thẳng tối đa là 70%.

5. Dòng đỉnh xung đơn

Nếu mạch có dòng điện quá độ hoặc dòng khởi động, hãy chọn một transistor có khả năng khởi động. Bạn phải ước tính (hoặc đo dòng khởi động thực tế) dòng khởi động và khả năng của thiết bị phải cao hơn mức này. Duy trì 70% căng thẳng.

6. Tiêu tán điện năng

Kiểm tra công suất tiêu tán của transistor. Tính toán sự tiêu tán công suất của transistor và so sánh nó với xếp hạng. Sự tiêu tán công suất của transistor là tổng của sự tiêu tán của giọt cực phát và cực C-E.

Sự tiêu tán công suất của bất kỳ transistor nào được đưa ra trong biểu dữ liệu. Trong hầu hết các trường hợp, giá trị đã cho được lấy từ các điều kiện danh định như nhiệt độ môi trường danh nghĩa. Nếu mạch của bạn phải chịu nhiệt độ cao, hãy lấy công suất tiêu tán tương đương của thiết bị tương ứng với nhiệt độ tối đa. Một số nhà sản xuất đã cung cấp biểu đồ tản nhiệt so với nhiệt độ trong biểu dữ liệu của họ. Trong trường hợp không có, bạn có thể sử dụng phương trình dưới đây.

Đối với transistor công suất thấp

Đối với transistor điện

Ở đâu;

• PdissCapability là mức tiêu tán điện năng mà thiết bị có thể xử lý ở một nhiệt độ hoạt động cụ thể.
• Tjmax là nhiệt độ mối nối tối đa của thiết bị có thể hoạt động
• Tamax là nhiệt độ môi trường hoạt động tối đa
• Tcmax là nhiệt độ trường hợp tối đa của thiết bị
• Rthja là điện trở nhiệt từ đường giao nhau đến môi trường xung quanh
• Rthjc là điện trở nhiệt từ mối nối đến trường hợp
•  

7. Điện áp C-E với đế mở (VCEO)

Cái này rất quan trọng. Xếp hạng VCEO của thiết bị phải cao hơn điện áp nguồn cung cấp cho bộ thu khoảng 30%. Giả sử nguồn cung cấp bộ thu là 35V, định mức VCEO của thiết bị phải ở khoảng 45V. Khi tải là cuộn dây rơle, bạn không thể dựa vào định mức VCEO của transistor vì cuộn dây rơle sẽ tạo ra điện áp giật ngược vào thời điểm transistor bị cắt. Điện áp giật ngược này rất cao và bạn có thể cần phần tử kẹp bổ sung như diode quay tự do hoặc bộ triệt điện áp thoáng qua.

8. Phạm vi nhiệt độ hoạt động

Đừng quên thông số này. Nếu thiết kế của bạn được sử dụng ở Bắc Mỹ, trong đó nhiệt độ xuống dưới 0, bạn cần chọn một transistor có thể hoạt động ở nhiệt độ âm. Mặt khác, nếu thiết kế của bạn tiếp xúc với môi trường quá nóng như ở Châu Phi hoặc được lắp đặt dưới mui xe ô tô, bạn phải cân nhắc sử dụng transistor có nhiệt độ hoạt động tối đa cao hơn 100 ° C.

9. Điện áp bão hòa C-E

Vì ứng dụng là một công tắc, bạn có thể cần điện áp bão hòa rất thấp để mức logic thấp gần bằng không. Điện áp bão hòa cực C-E rất thấp cũng sẽ làm giảm ứng suất công suất của transistor.

Ngoài tất cả những điều đã đề cập ở trên về cách chọn một transistor; có một số thông số khác mà bạn cần phải quan tâm trong việc xử lý các transistor. Luôn tham khảo biểu dữ liệu để biết đầy đủ các thông số cần tuân thủ khi sử dụng transistor.