|
Сравнение SiC мосфетов для передатчика класса Е(ЕШ)
| |
| kotrad78 | Дата: Воскресенье, 2024-Дек-15, 02:39 | Сообщение # 1 |
 опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 609
Статус: Offline
| Информация очень интересная, поэтому выношу её в отдельную тему.
Наверняка многим, кто разрабатывает передатчики всегда было интересно, как в одном и том же передатчике будут вести себя разные карбид-кремниевые транзисторы. Имеется в виду одной категории, на одинаковое напряжение Uсток-исток 1200В, но на разное сопротивление перехода. Логика подсказывает, что, чем меньше сопротивление канала, тем по идее лучше? А вот и нет!
В мультисиме сегодня обнаружил модели карбид-кремниевых транзисторов от японской компании ROHM Semiconductor. Опыт работы с карбидами у меня в реальности есть, поэтому могу сказать, что модели в программе исправные и работают весьма точно!
Покупать в реальности все карбиды, чтобы их протестить, оно, конечно правильно, но очень дорого и долго, поэтому, привожу тестирование из программы. 4-х транзисторов, на сопротивление канала 80мОм, 160мОм, 280мОм и 450мОм.
Можете сравнить даташиты, (выходные ёмкости, что важнее всего в классе Е очень близки):
1. SCT2280KE https://www.lcsc.com/datashe....061.pdf Это аналог GC2M0280120D https://www.lcsc.com/datashe....049.pdf
2. SCT2160KE https://www.lcsc.com/datashe....680.pdf Это аналог GC2M0160120D https://www.lcsc.com/datashe....048.pdf
3. SCT2080KE https://www.lcsc.com/datashe....654.pdf Это аналог GC2M0080120D https://www.lcsc.com/datashe....046.pdf
4. SCT2450KEC https://www.lcsc.com/datashe....003.pdf Аналога у SupSiC нет.
Процесс тестирования.
Передатчик класса ЕШ, то есть, класс Е, но не резонансный. Силовое питание 100В. Между сток-истоком подключил переменный конденсатор. В реальности туда лучше ставить карбид-кремниевые диоды Шоттки на 1200В. Так вот, подбирал такую ёмкость, чтобы:
- ничего в схеме больше не настраивать, кроме этого конденсатора (диодов Шоттки в реальности)
- добиться максимально возможно ровной "Л" - колокола на стоке
- добиться максимальной выходной мощности
- добиться минимального нагрева транзистора
- добиться минимальной амплитуды напряжения на стоке
Результаты:
1. Транзистор с переходом 80мОм
2. Транзистор с переходом 160мОм
3. Транзистор с переходом 280мОм
4. Транзистор с переходом 450мОм
Сводная таблица результатов:
Цены брал с сайта LCSC. У 450мОм карбида от ROHM нет аналога от китайского SupSic, поэтому в таблице аналога нет.
Выводы.
80мОм транзистор даёт максимальную мощность, однако, ощутимо греется и имеет самую высокую амплитуду на стоке. Хороший вариант для передатчиков класса Е(ЕШ) до 300-350Вт.
160мОм транзистор даёт высокую мощность, допустимо греется и имеет самую низкую цену. Оптимальный вариант для передатчиков класса Е(ЕШ) до 500Вт мощности.
280мОм транзистор даёт пониженную мощность, допустимо греется, и имеет низкое напряжение на стоке. Его оптимально применять в передатчиках класса Е(ЕШ) с мощностью до 1кВт, в параллельном включении.
450мОм транзистор даёт самую низкую мощность, имеет самое низкое напряжение на стоке, но заметно греется. Применять его нет смысла нигде.
В следующем сообщении покажу модель передатчика класса ЕШ на 280мОм транзисторах с мощностью 1.2кВт.
|
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Воскресенье, 2024-Дек-15, 03:27 | Сообщение # 2 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 609
Статус: Offline
| Передатчик класса ЕШ на двух транзисторах с сопротивлением канала 280мОм.
Напряжение питания 200В.
Выделение тепла на каждом транзисторе по 43Вт.
Выходная мощность 1.2кВт
Напряжение на стоке 762В
Ёмкость шунтирующего конденсатора 295пф.
КПД 94%
Как уже ранее писал, применение любых шунтирующих конденсаторов на сток-истоке даёт сильный ВЧ звон. Чтобы его избежать, лучше применять карбид-кремниевые диоды Шоттки на 1200В. Они своим п-н переходом работают как конденсаторы, не вызывая ВЧ звона.
Теперь, важный момент!! У конденсатора ёмкость постоянная, у диода же ёмкость п-н перехода зависит от обратного напряжения!! Это говорит о том, что, если вы настроите диодами колокол "Л" на стоке при напряжении питания 30В, то при 200В у вас всё уплывёт, т.к. ёмкость диода Шоттки сильно уменьшится.
Итак, для примера берём этот диод, GC4D20120A https://www.lcsc.com/datashe....079.pdf и смотрим график его ёмкости от обратного напряжения:
На стоке у нас, как вы помните, 762В, возьмём с запасом 800. При 800В, ёмкость п-н перехода диода будет около 60пФ. У нас же ёмкость расчётного, шунтирующего конденсатора получилась около 300пф. Следовательно, чтобы у нас на стоке сохранялся ровный "Л" сигнал при максимальном напряжении питания в 200В, к сток-истоку нужно подключить 4-5шт таких диодов.
При 100В питании эти диоды греются примерно до 55 градусов. При 200В питании сказать сложно, нужно смотреть в реальности тепловизором. Если температура будет больше 80 градусов, диоды нужно будет посадить на небольшие радиаторы.
Следующий момент.
Вы подали на модулятор 200В силовое питание. Начальная ШИМ скважность у вас выставлена на 50%. То есть, на передатчик в режиме молчания будет поступать 100В. При 100В питании напряжение на стоке снизится с 760В до примерно 350В. Смотрим на график ёмкости диода Шоттки и видим, что его ёмкость начнёт увеличиваться. Примерно с 60пф до 115пф. Если вы поставили в передатчик 4 диода, то их суммарная ёмкость станет около 450пф. Смотрим, что получилось:
Питание 100В (половина от 200)
Выходная мощность с 1.2кВт снизилась в 4 раза до 0.3кВт
Напряжение на стоке снизилось примерно до 350В
Нагрев транзисторов снизился с 45Вт до 33Вт.
КПД с 94% снизился до 83%
Всё замечательно.
Заключение.
Хоть до 1200В предельного порога карбид-кремниевого транзистора ещё далеко (при 200В питании, правильной настройке и согласованной антенне), но, в передатчиках такой мощности обязательно нужно ставить защиту по превышению КСВ. Обязательно!
1. Обрыв антенны. Транзистор прошьёт по превышению напряжения сток-исток
2. КЗ в антенне. Транзистор сгорит от превышения тока, и, возможно от превышения напряжения на стоке.
Сообщение отредактировал kotrad78 - Воскресенье, 2024-Дек-15, 03:38 |
| |
| |
| kotrad78 | Дата: Среда, 2024-Дек-18, 19:35 | Сообщение # 3 |
|
опытный
Группа: Пользователи
Сообщений: 609
Статус: Offline
| Приехала новая игрушка - ювелирные весы, которые измеряют вес с точностью до 0.01 грамма. Поэтому сразу измерил вес карбид-кремниевых транзисторов.
1. Американский, б/у C2M0080120D от компании Cree(WoolfSpeed), вес 6.16гр.
2. Китайский, новый, GC2M0080120D от компании SUPSiC, вес 6.21гр.
У американского медные ноги частично обкушены, но есть следы припоя. Если предположить, что китайский завод делает транзисторы на американских(или японских, корейских станках), по одинаковой (скорее всего) технологии, то:
- вес и толщина подложки и ножек одинаковая
- вес кристалла самого транзистора тоже одинаков.
То есть, можно предположить, что китайский карбид такой же по мощности и напряжению, как и американский. Ну, по крайней мере 700-800В на стоке и 550Вт в нагрузке передатчика он выдерживает.
И ещё один транзистор, просто, для сравнения. Обычный, кремниевый IRFP250N от компании IR
Вес существенно меньше, т.к. сплав карбида с кремнием, видимо тяжелее простого кремния. А может быть просто из-за того, что толщина кристалла разная. Карбиды ведь на 1200В рассчитаны, а IRFP250 всего на 200В.
|
| |
| |
|
