|
GaN транзисторы для передатчиков - пора переходить?
| |
| kotrad78 | Дата: Понедельник, 2024-Сен-02, 17:44 | Сообщение # 1 |
 опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 609
Статус: Offline
| Как вы знаете, сначала были кремниевые мосфеты, потом карбид-кремниевые, и сейчас, самые последние - нитрид-галиевые или GaN.
Каждый месяц смотрю разные магазины, сайты, в общем, слежу, когда они станут доступными по цене для нас, и когда появятся с такими параметрами, чтобы можно было работать на 3МГц.
И кажется, это время настало). Смотрите таблицу:
Слева - обычный карбид-кремниевый от компании SupSic. На такого типа карбидах я сейчас делаю передатчик и модулятор.
Вторая колонка, это помесь нитрид-галия и карбид-кремния, CID10N65F от компании Tokmas, даташит: https://www.lcsc.com/datashe....732.pdf
И последняя колонка, чистый нитрид-галиевый полевик, CID19N65 от компании Tokmas, даташит: http://www.tokmas.com/upload....661.pdf
Теперь, разбираем их параметры.
1. По току - все три транзистор подходят для работы как в модуляторе, так и в передатчике, классе Е и двухтакте.
2. По напряжению галиевые, конечно меньше карбидов, но, всё равно гораздо надёжнее старых, кремниевых, т.к. 650-750В это большой запас.
3. Сопротивление канала у галивых чуть меньше, чем у карбидов.
4. Рассеиваемая мощность у всех отличная. ТО-220F - это транзистор, у которого фланец покрыт пластиком. Я имел уже дело с ними, 5 минут на точильном бруске - стачиваем пластмассу и получаем обычные ТО-220, с медной подложкой и медным фланцем.
5. Входная ёмкость у галиевых - просто сказка! Там и до 15-20МГц их можно будет легко использовать.
6. Скорость переключения так же отличная у галиевых
7. У карбид-галиевого, или галиево-карбидного обратного паразитного диода вообще нет.
8. И самое главное!! Все галиевые мосфеты полностью открываются примерно от +3..5В на затворе. Это - самый самый главный плюс, то есть, не нужно будет больше делать сложные драйверы с 15 и 18В питанием. Наверное, можно будет даже раскачивать старой, 541-й микросхемой.
И цена. Гибридный карбид-галиевый уже есть в продаже и стоит около 1$, что в 5 раз меньше карбид-кремниевого. Тот, что в корпусе ТО-220, чистый галиевый, сколько стоит пока не знаю, написал запрос поставщику.
Что скажете? Будущее наступило?))
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Понедельник, 2024-Сен-02, 23:02 | Сообщение # 2 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 609
Статус: Offline
| Цитата kotrad78 (  ) ТО-220F - это транзистор, у которого фланец покрыт пластиком. Я имел уже дело с ними, 5 минут на точильном бруске - стачиваем пластмассу и получаем обычные ТО-220, с медной подложкой и медным фланцем.
Решил провести эксперимент. Нашёл биполярные транзисторы 2SC6144SG в пластмассовом корпусе ТО-220F и решил проверить, на сколько снизится их нагрев, если сточить пластик снизу до медной подложки.
В ходе эксперимент выяснил, что эти транзисторы - подделка, кристалл вообще мизерный. Ну, я и покупал их ещё фиг знает когда, когда про подделки плохо знал:
В общем, с поддельным кристаллом эксперимент, конечно не полностью правильный. Но, даже так, результат всё равно есть.
Сточил пластик снизу до медной подложки.
Вот результаты:
1. Транзистор без обработки на радиаторе. Дельта температур между самой горячей точкой корпуса и алюминиевым радиатором 22.2 градуса:
2. Транзистор после зачистки основания до медной подложки. Дельта снизилась до 11.4 градусов.
3. И тот же эксперимент, но, с оксид-алюминиевой диэлектрической прокладкой между транзистором и радиатором. Дельта, конечно поднялась, 16.3 градуса:
В общем, какой можно сделать вывод.
Стачивание пластика до медной подложки даёт заметное снижение нагрева транзистора. Так что, думаю GaN транзисторы CID10N65F в корпусе ТО-220F можно будет попробовать заказать, чтобы протестить их для передатчика. Спросил у поставщика, 17$ за 10шт, что нормально, закажу).
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Вторник, 2024-Сен-03, 01:05 | Сообщение # 3 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 609
Статус: Offline
| Цитата kotrad78 ( ) 8. И самое главное!! Все галиевые мосфеты полностью открываются примерно от +3..5В на затворе. Это - самый самый главный плюс, то есть, не нужно будет больше делать сложные драйверы с 15 и 18В питанием. Наверное, можно будет даже раскачивать старой, 541-й микросхемой.
Решил попробовать разные микросхемы, которые у меня есть в качестве драйвера для раскачки GaN мосфетов. Смысла плохие выкладывать нет, выложу сразу хорошую.
Это компаратор TLV3501AID в корпусе SOP-8 (заказывал через личные сообщения у этого продавца: https://aliexpress.ru/store/2383059 , минимальное количество, на которое согласился продавец 3шт за 9$)
У меня уже была макетка на ней, поэтому на выход просто подключил два кондёра по 200пф последовательно, чтобы в сумме было 100пф. Ёмкость затвора у GaN мосфетов 40-130пф, поэтому такой эксперимент будет полностью корректным.
Схема:
Фото макетки:
Никакие затворные или разрядные резисторы на выход компаратора не ставил. В следующем сообщении покажу результаты.
Сообщение отредактировал kotrad78 - Вторник, 2024-Сен-03, 01:17 |
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Вторник, 2024-Сен-03, 01:14 | Сообщение # 4 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 609
Статус: Offline
| Питание +5В.
1. Частота 1.7МГц, нагрузка 100пф, потребляемый драйвером ток 6мА, форма сигнала - идеальная, микросхема холодная.
2. Частота 3МГц, нагрузка 100пф, потребляемый драйвером ток 7мА, форма сигнала - идеальная, микросхема холодная.
3. Частота 6.6МГц, нагрузка 100пф, потребляемый драйвером ток 8мА, форма сигнала - отличная, микросхема холодная.
4. Частота 11МГц, нагрузка 100пф, потребляемый драйвером ток 11мА, форма сигнала - хорошая, микросхема холодная.
5. Частота 20МГц, нагрузка 100пф, потребляемый драйвером ток 15мА, форма сигнала - на троечку, микросхема еле тёплая.
Итог и Вывод.
Для GaN мосфетов по сути не нужны специализированные драйверы, это их огромный и самый главный плюс!! Хватит обычных компараторов и буферов. Главное, выше 5В на затвор не подавать, т.к. у большинства GaN предел в 6-7В, потом срабатывает защита.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Вторник, 2024-Сен-03, 01:28 | Сообщение # 5 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 609
Статус: Offline
| И смотрите, какой ещё GaN транзистор нашёл CID10N65E3, даташит: https://www.lcsc.com/datashe....699.pdf
Да, он в мелком ТО-252 корпусе. НО!!!! У него фланец - это Исток!! Представляете??? Наконец-то производитель транзисторов стал сделать фланец - Истоком!! То есть этот транзистор можно будет припаять на любую медную пластинку, а её уже прикрутить без всяких прокладок сразу на массу, на корпус передатчика или радиатора! А по параметрам - он такой же мощный, как и в первом сообщении. Параметры одинаковые.
Написал поставщику, эх, хоть бы был в продаже и хоть бы был не дорогой.. p.s. 12.5$ за 10шт!! Заказал.
Сообщение отредактировал kotrad78 - Вторник, 2024-Сен-03, 10:54 |
| |
| |
| kraftserg611 | Дата: Среда, 2024-Сен-04, 21:48 | Сообщение # 6 |
|
любопытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 60
Статус: Offline
| подождем пока появятся в украине
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Пятница, 2024-Сен-27, 23:33 | Сообщение # 7 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 609
Статус: Offline
| Приехали первые GaN транзисторы CID10N65F в корпусе ТО-220F от компании Tokmas, даташит: https://www.lcsc.com/datashe....732.pdf
Заказывал у этого продавца https://aliexpress.ru/store/2383059 через личные сообщения, уговорил на пробу продать 5шт за 10$ (сам продавец предлагал 10шт за 17$)
Фото:
Примерные параметры тестера:
Собрал измерительный макет вот по такой схеме:
Драйвер для раскачки гана никакой не использовал!! То есть, подавал слабенький по мощности сигнал прямо с генератора (UTG932E). Транзистор начинает открываться от +1.5В амплитуды на входе, уже более менее рабочий режим получается при +3В амплитуды на входе. Оптимальный уровень входного сигнала +5В амплитуды на затворе. Выше +7В срабатывает защита внутри транзистора, наверное, там что-то вроде стабилитрона или TVS диода стоит. То есть, при увеличении входного сигнала выше +7В, на стоке сигнал больше не меняется. В общем, все измерения проводил при +5В на затворе.
Результаты измерений на разных частотах.
По вертикали, сверху вниз 1МГц, 3МГц, 6МГц, 10МГц.
По горизонтали, левый сигнал - сигнал на затворе, правый сигнал - сигнал на стоке.
Напряжение питания на стоке +12В (11.97 если точно).
Потребляемый ток при нагрузке 27 Ом в цепи стока:
1МГц = 230мА
3МГц = 240мА
6МГц = 257мА
10МГц = 277мА
Нагрев транзистора на разных частотах при 12В питании, транзистор без радиатора:
1МГц = 33С
3МГц = 34.7С, рядом нагрев при увеличении питания с 12 до 24В, нагрев 46.4С, 5Вт 27 Ом резистор стал чернеть.
6МГц = 37.4С
10МГц = 40.9С
Итог.
Результат полностью подтвердил все ожидания! Ган транзистору по-сути не нужен специализированный драйвер, той же самой 541-й или любой HC/AC логики вполне хватит, или для феншуя TLV3501AID. Нагрев очень низкий, поэтому, и для 1.7МГц и для 3МГц, думаю, вполне можно будет собрать и класс-Е и двухтактный передатчик. Получится весьма компактно.
Что думаете? Какую практическую мощность передатчика получится с такого транзистора получить?
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Воскресенье, 2024-Сен-29, 01:43 | Сообщение # 8 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 609
Статус: Offline
| Провёл первые, реальные испытания ган-а в передатчике класса ЕШ. На макетном стенде просто прикрутил его на медный радиатор рядом с карбидом из прошлых испытаний. Зелёная стрелка ган транзистор, жёлтая стрелка карбид транзистор, синие стрелки - карбид-кремниевые диоды Шоттки, которые работают в качестве конденсаторов.
Схема стенда вот такая. Драйвер для ган-а не делал, подавал сигнал на затвор амплитудой 5В прямо с генератора:
В принципе, все измерения и результаты написал на схеме.
1. Питание 31В, ток 760мА, КПД 85%, выходная мощность на эквиваленте нагрузки 20Вт, нагрев корпуса транзистора при включённом кулере 43 градуса. Соотношение Uпит/Uстока = 3.1 раза. Сигнал на стоке и нагрев:
2. Питание 55В, ток 1.26А, КПД 86%, выходная мощность на эквиваленте нагрузки 60Вт, нагрев корпуса транзистора при включённом кулере 56 градусов. Соотношение Uпит/Uстока = 3.2 раза. Сигнал на стоке и нагрев:
3. Все измерения выше проводились при 4-х диодах Шоттки, подключённых параллельно стоку-массе ган транзистора. Когда же только начинал эксперимент, с прошлых тестов на карбид-кремниевом транзисторе на макете было 2 диода Шоттки. И вот, какой результат был с 2 диодами:
- Мощность выходная была около 45Вт (меньше, чем с 4 диодами), КПД был около 75% (тоже меньше), потребляемый ток при 55В был 1.1А, нагрев транзистора был 95 градусов, соотношение Uпит/Uстока = 4.4 раза:
То есть, поскольку у ган транзистора все ёмкости (входные, проходные, выходные) значительно меньше, чем у карбид-кремниевых транзисторов, пришлось ставить больше диодов Шоттки, чтобы вогнать его в рабочий класс ЕШ.
Класс ЕШ переводится как класс Е, модернизированный нашим Швондером). Оригинальный класс Е, это когда транзистор и все его выходные цепи настроены строго в резонанс на рабочую частоту. Такую схему сложно повторять, сложно настраивать. Поэтому, немного ушли от резонанса, чуть-чуть пожертвовав КПД, но, зато не нужно практически ничего настраивать. Наряду с этим, раньше параллельно транзистору ставили обычные кондёры, добиваясь приемлемого соотношения Uпитания к Uстока (3-4 раза), но, эти кондёры могут вызывать весьма сильный ВЧ звон, который мог попадать на затвор транзистора, что могло привести к его пробою. Поэтому, я придумал вместо кондёров ставить высоковольтные, карбид-кремниевые диоды Шоттки. Их п-н переход работает как конденсатор, не вызывая ВЧ звона.
Предварительный итог.
За GaN транзисторами однозначно будущее. Их главное преимущество - всего 5В на затвор для полной раскачки и десятки пикофарад входная ёмкость затвора, что позволяет практически исключить дорогостоящий драйвер. Транзистор CID10N65F в эксперименте выполнен в пластиковом ТО-220F корпусе, поэтому, очень большой мощности с него, конечно не получишь. Максимальное питание для класса ЕШ 60-65В, выше - уже будет сильно перегреваться. С другой стороны, на таком транзисторе можно будет построить отличный, компактный АМ передатчик небольшой мощности (50-80Вт).
Промышленность уже выпускает GaN транзисторы в ТО-247 корпусе, но, их цена пока от 20-40$ за штуку, что, дороговато для экспериментов. Таким образом, маломощные передатчики уже можно делать на ган-ах, а мощные пока на карбидах.Добавлено (2024-Сен-30, 22:53)
---------------------------------------------
Поигрался ещё пару дней с ган-ами, какой могу сделать заключительный вывод. Если кратко - они слишком быстрые, слишком высокочастотные для наших целей. Из-за очень высокой скорости работы, появляется довольно ощутимый ВЧ звон на стоке, который я побороть не смог. Пробовал на стоковую ножку вешать ферритовые бусины, но, там реактивные токи огромные, поэтому бусинка греется выше 100 градусов, и это всего лишь при 30В питании. Да, она заметно снижает ВЧ звон, но, это всё равно не дело.
Проблема в том, что этот ВЧ звон проникает на затвор, разгоняя амплитуду сигнала выше предельных +7В, то есть транзистор в таком режиме долго не протянет.
В общем, маломощные 50-80Вт передатчики на 3МГц на ган-ах делать можно, но, нужно очень-очень грамотно разрабатывать весь ВЧ монтаж, по самым строгим критериям ВЧ топологии. Просто так, "на проводках" не пойдёт.
|
| |
| |
| melatonin | Дата: Вторник, 2024-Окт-22, 23:12 | Сообщение # 9 |
|
практикующий
Группа: Пользователи
Сообщений: 110
Статус: Offline
| Цитата kotrad78 ( ) Проблема в том, что этот ВЧ звон проникает на затвор, разгоняя амплитуду сигнала выше предельных +7В, то есть транзистор в таком режиме долго не протянет.
Вот тут про это пишут: https://power-e.ru/components/osobennosti-upravleniya/
|
| |
| |
|
