Мощный полевой транзистор с изолированным затвором и индуцированным каналом N-типа IRF540 относится к приборам, произведенным по технологии HEXFET. Для элементов, относящихся к этой категории, характерно низкое сопротивление силовой цепи в открытом состоянии, способность пропускать высокие токи, а также повышенная устойчивость к лавинному пробою.
Особенности транзистора IRF540
В качестве особенностей производитель приводит специфические значения характеристик транзистора:
- Динамически изменяющеюся скорость нарастания напряжения сток-исток (dV/dt).
- Высокую стойкость к лавинному пробою.
- Несложное распараллеливание.
- Способность работать при температурах до +175 град.С.
- Упрощенные требования к управляющему сигналу.
К главным специфическим характеристикам транзистора можно отнести повышенный ток стока, а также высокое быстродействие.
Надо обратить внимание и на наличие диода между истоком и стоком (характерное для всех MOSFET с индуцированным каналом). Этот диод является паразитным. Его существование связано со структурой транзистора и наличие этого диода надо учитывать при проектировании схем и проверке состояния транзистора.
Параметры полупроводникового триода
В таблицу сведены характеристики транзистора IRF540 согласно datasheet производителей, измеренные при температуре +25 град.С (если не указаны другие условия).
| Характеристика | Значение | Размерность |
|---|---|---|
| Максимальные значения (при Т=25 град.С, если не указано иное) | ||
| Верхний предел напряжения сток-исток (Vds) | 100 | вольт |
| Верхний предел напряжения затвор-сток (Vgs) | ±20 | вольт |
| Предельный продолжительный ток стока (Id) при Uзи=10 В | 28 | ампер |
| Предельный продолжительный ток стока (Id) при Uзи=10 В и Т=+100 град.С | 20 | ампер |
| Предельный импульсный ток стока (Idm) | 110 | ампер |
| Температура пайки | +175 | град.С |
| Предельная температура эксплуатации | +300 (в течение 10 сек) | град.С |
|
OFF характеристики |
||
| U пробоя сток-исток при Uзи=0, Icтока=250 мкА | не менее 100 | вольт |
| Ток утечки по направлению затвор-исток (Igss) при Uзс=±20 В | ±100 | наноампер |
|
ON характеристики |
||
| Напряжение отсечки (Vgs(th)) при Uси=Uзи, Iстока=250 мка | 2..4 | вольт |
| Сопротивление канала сток-исток (Rds(on)) при Uзи=10 В, Iстока=17 А (импульсн.) | 0,077 | ом |
|
Динамические характеристики |
||
| Крутизна характеристики (gfs) при Ucи=10 В, Iстока=6 А (импульсн.) | не менее 8,7 | см |
| Входная емкость | 1700 (типовая) | пикофарад |
| Выходная емкость | 560 (типовая) | |
| Проходная емкость | 120 (типовая) | |
| Паразитное сопротивление затвора (Rg) | 0,5..3,6 | ом |
|
Характеристики переключения |
||
| Время задержки включения (td(on)) | 11 (типовое) | наносекунд |
| Время нарастания тока при включении (tr) | 44(типовое) | |
| Время задержки отключения (td(off)) | 53(типовое) | |
| Время спада тока при отключении (tf) | 43(типовое) | |
| Параметры паразитного диода | ||
| Падение напряжения в открытом состоянии | 2,5 | вольт |
| Предельно допустимый прямой ток (Is) | 28 продолжительный,
110 импульсный |
ампер |
В настоящее время выпускаются более современные элементы с улучшенными характеристиками – транзисторы IRF540N, IRF540Z. В основном отличия сводятся к еще большему уменьшению сопротивлению канала и повышению максимального тока стока.
Варианты корпуса и цоколевка
Эксплуатация транзистора при больших токах требует применения отвода интенсивного тепла от внутренней структуры транзистора. По этой причине IRF540 чаще всего выпускается в корпусе TO-220, который при небольшой стоимости позволяет эффективно отводить тепло посредством внешнего радиатора. Тем не менее, можно встретить этот MOSFET и в других корпусах, включая SMD-исполнение.
При поверхностном монтаже теплоотводящим радиатором служит площадка фольги на плате.
Аналоги транзистора
В качестве аналогов для замены рекомендуются MOSFET зарубежного производства:
- BUZ21;
- IRF3205;
- D84EL2;
- RFP30NO6;
- STP22NE10L;
- IRFZ44;
- STP24NF10 ;
- IRF5540;
- RFP2210.
Они выпускаются в корпусе TO-220, имеют близкие параметры и аналогичную распиновку.
Из отечественных элементов подойдут:
- КП540;
- КП746А;
- КП756Б.
Размеры корпуса и цоколевка у российских аналогов тоже совпадают.
Применение и практические схемы
В большинстве случаев транзисторы IRF540 применяют для работы в ключевом режиме в импульсных преобразователях напряжения. В подобных схемах включения реализуются достоинства MOSFET:
- Возможность работы с большими токами позволяет создавать мощные устройства с относительно небольшими габаритами.
- Легкость распараллеливания позволяет работать с еще большими токами.
- Низкое сопротивление канала позволяет уменьшить потери, снизить нагрев, в итоге увеличить КПД и уменьшить размер теплоотводящих радиаторов.
Надо учитывать, что допустимое напряжение для IRF540 относительно невелико, поэтому для построения сетевых импульсников транзистор малопригоден. Однако его параметры идеальны для применения, например, зарядных устройств для тяговых или пусковых аккумуляторов. Образец схемы такого устройства приведен на рисунке.
Есть еще один интересный пример низковольтного преобразователя напряжения. В каждом плече полумоста используется по 4 транзистора, включенных параллельно.
Эти MOSFET могут работать и в линейном режиме. Можно найти схемы аудиоусилителей с выходными каскадами, собранных на IRF540, и даже усилителей для коротковолновых передатчиков с рабочими частотами не менее 2 МГц (по заявлениям разработчиков – до 30 МГц).
Следовательно, IRF540 является достаточно универсальным полупроводниковым прибором. Его сфера применения широка и ограничена предельными параметрами и полетом мысли разработчика схем.
