Разбиране на рейтинг, тестване и защита на MOSFET Avalanche

Разбиране на рейтинг, тестване и защита на MOSFET Avalanche

В тази публикация ние обсъждаме рейтингите на MOSFET лавини и се научаваме как правилно да разберем тази оценка в таблицата с данни, как параметърът се тества от производителя и мерки за защита на MOSFET от това явление.



Параметърът на лавината не само помага да се провери здравината на устройствата, но също така помага да се филтрират по-слабите MOSFET или тези, които са по-податливи или с риск от повреда.

Какво е MOSFET Avalanche Rating

Класът на лавината на MOSFET е максимално допустимата енергия (милиджаул), която MOSFET може да издържи, когато напрежението на източника на източване надвишава границата на максималното напрежение на пробив (BVDSS).





Това явление обикновено се случва в MOSFET комутационни вериги с индуктивно натоварване през дренажния терминал.

По време на периодите на включване на циклите на превключване индукторът се зарежда, а през периодите на изключване индукторът освобождава запасената си енергия под формата на обратна ЕМП през източника на източника на MOSFET.



Това обратно напрежение намира своя път през диода на тялото на MOSFET и ако стойността му надвишава максимално допустимата граница на устройството, причинява интензивно нагряване в устройството, което причинява вреда или трайна повреда на устройството.

Кога беше представен MOSFET Avalanche

Параметърът Avalanche Energy и UIS (unclamped inductive switching) ток всъщност не е бил включен в таблиците с данни на MOSFET преди 1980-те.

И тогава той се превърна в не само спецификация на листа с данни, но и параметър, който много потребители започнаха да изискват FET да бъде тестван, преди да предаде устройството за производство, особено ако MOSFET е проектиран за внедряване на захранване или превключване.

Следователно едва след 80-те години параметърът на лавината започва да се появява в таблиците с данни, а след това техниците за промоция започват да разбират, че колкото по-голям е рейтингът на лавината, толкова по-конкурентно изглежда устройството.

Инженерите започнаха да определят техники за експериментиране с параметъра, като промениха няколко от неговите променливи, които бяха използвани за процеса на тестване.

Най-общо казано, колкото по-голяма е лавинната енергия, толкова по-траен и силен се превръща MOSFET. Следователно по-големият рейтинг на лавината представлява по-силни характеристики на MOSFET.

Повечето таблици с полеви транзистори обикновено включват параметъра на лавината, включен в таблицата им за абсолютни максимални рейтинги, която може да бъде намерена директно на страницата за въвеждане на листа с данни. По-специално, можете да видите параметрите тук, написани като Avalanche Current и Avalanche Energy, Eas.

Следователно в таблиците с данни MOSFET Avalanche Energy се представя като количеството енергия, което MOSFET може да понесе, докато е подложен на лавинен тест, или когато се пресича максималното напрежение на пробив на MOSFET.

Current Avalanche Current и UIS

Това максимално напрежение на пробивно напрежение се определя чрез изпитване на лавинен ток, което се извършва чрез тест за незаключено индуктивно превключване или тест за UIS.

Следователно, когато инженерите обсъждат тока на UIS, те може да се позовават на Avalanche Current.

Извършва се тест за незаключено индуктивно превключване, за да се разбере токът и по този начин лавинната енергия, която може да предизвика отказ на MOSFET.

Както бе споменато по-рано, тези величини или номинални стойности силно зависят от спецификациите за изпитване, по-специално от стойността на индуктора, приложена по време на изпитването.

Настройка на теста

Следващата диаграма показва стандартна схема за тестване на UIS.

По този начин виждаме захранващо напрежение последователно с индуктор L, което също е последователно с MOSFET в процес на изпитване. Можем да видим и драйвер за порта за FET, чийто изход е последователно с FET резистор за порта R.

На изображението по-долу намираме контролното устройство LTC55140, което се използва в лабораторията на Texas Instrument за оценка на характеристиките на UIS на FET.

Характеристиката на UIS впоследствие помага не само да се установи рейтингът на листа с данни за FET, но и стойността, използвана за сканиране на FET в процедурата за окончателно тестване.

Инструментът позволява променяне на стойността на индуктора на натоварването от 0,2 до 160 милихенери. Тя позволява регулиране на източващото напрежение на тествания MOSFET от 10 до 150 волта.

Това в резултат дава възможност да се проследяват дори онези полеви транзистори, които са оценени да се справят само с напрежение на пробив от 100 волта. И става възможно прилагането на източващи токове от 0,1 до 200 ампера. И това е текущият диапазон на UIS, който FET може да се наложи да толерира по време на процедурата за тестване.

Освен това инструментът позволява настройка на различни диапазони на температурите на корпуса на MOSFET, от -55 до +150 градуса.

Процедури за тестване

Стандартният тест на UIS се изпълнява на 4 етапа, както е показано на следващото изображение:

Първият етап се състои от изпитване за предварително изтичане, при което захранващото напрежение отклонява изтичането на FET. По принцип идеята тук е да се опитаме да гарантираме, че БНТ се представя по нормалния очакван начин.

По този начин, на първия етап FET се държи изключен. Той поддържа захранващото напрежение блокирано през клемите на излъчвателя на дайм, без да изпитва някакъв вид прекомерен ток на изтичане, протичащ през него.

Във втория етап, който е известен като нарастване на лавинния ток, FET се включва, което води до спадане на неговото източващо напрежение. Това води до увеличаване на тока постепенно през индуктора с постоянен di / dt. Така че основно на този етап индукторът има право да се зарежда.

На третия етап се провежда действителният тест за лавина, при който полевият полет е практически подложен на лавина. На този етап FET се изключва чрез премахване на пристрастието на портата. Това води до масивно di / dt преминаване през индуктора, което води до изтичане на напрежението на FET над границите на напрежението на пробив на FET.

Това принуждава FET да премине през лавинен прилив. В този процес FET абсорбира цялата енергия, генерирана от индуктора, и остава изключен, докато се изпълни 4-тия етап, включващ тест за изтичане след изтичане

В този 4-ти етап FET отново се подлага на повторен тест за лавина, само за да бъде сигурен дали MOSFET все още се държи нормално или не. В противен случай се счита, че FET е преминал тест за лавина.

След това FET трябва да премине през горния тест още много пъти, при което нивото на напрежение на UIS се увеличава постепенно с всеки тест, докато нивото, при което MOSFET не може да издържи и не успее след теста след изтичане. И това текущо ниво се отбелязва като максималната издържаща текуща способност на UIS на MOSFET.

Изчисляване на MOSFET лавинна енергия

След като се реализира максималният капацитет за текуща обработка на UIS на MOSFET, при който устройството се разпада, за инженерите става много по-лесно да преценят количеството енергия, което се разсейва през полевия полет по време на лавинния процес.

Ако приемем, че цялата енергия, съхранявана в индуктора, се разсейва в MOSFET по време на лавината, тази енергийна величина може да бъде определена по следната формула:

ЕКАТО= 1 / 2L x IНАдве

ЕКАТОни дава величината на енергията, съхранявана вътре в индуктора, която е равна на 50% от стойността на индуктивността, умножена по тока на квадрат, протичащ през индуктора.

По-нататък беше забелязано, че с увеличаване на стойността на индуктора, количеството ток, което е отговорно за разрушаването на MOSFET, всъщност намалява.

Това увеличение на размера на индуктора всъщност компенсира това намаляване на тока в горната енергийна формула по начин, че енергийната стойност буквално се увеличава.

Лавинна енергия или лавинен ток?

Това са двата параметъра, които могат да объркат потребителите, докато проверявате MOSFET лист с данни за лавина.

Авторско право © Texas Instruments Incorporated

Много от производителите на MOSFET умишлено тестват MOSFET с по-големи индуктори, така че да могат да се похвалят с по-голям енергиен лавинен мащаб, създавайки впечатление, че MOSFET е тестван за издържане на огромни лавинови енергии и следователно има повишена издръжливост на лавина.

Но горният метод за използване на по-голям индуктор изглежда подвеждащ, точно затова инженерите на Texas Instruments тестват с по-малка индуктивност от порядъка на 0,1 mH, така че тестваните MOSFET да бъдат подложени на по-високи нива на ток на лавина и екстремни пробивни нива.

Така че, в таблиците с данни, не енергията на лавината, а по-скоро лавинният ток трябва да е по-голям като количество, което показва по-добра здравина на MOSFET.

Това прави крайното тестване изключително строго и дава възможност за филтриране на възможно най-много по-слаби MOSFET.

Тази тестова стойност не се използва само като крайна стойност преди преминаването на FET оформлението за производството, но това е и стойността, която се въвежда в таблицата с данни.

В следващата стъпка горната стойност на теста се намалява с 65%, така че крайният потребител може да получи по-широка граница на толеранс за своите MOSFET.

Така например, ако тестваният лавинен ток е бил 125 ампера, крайната стойност, която е въведена в листа с данни, е 81 ампера след намаляването.

MOSFET Текущо време на лавина спрямо времето, прекарано в лавина

Друг параметър, който е свързан с мощността MOSFET и е споменат в таблиците с данни, особено за MOSFET, предназначени за превключване на приложения, е текущата способност на лавината спрямо времето, прекарано в лавина. Този параметър обикновено се показва по отношение на температурата на корпуса на MOSFET при 25 градуса. По време на тестването температурата на корпуса се повишава до 125 градуса.

В тази ситуация температурата на корпуса на MOSFET на MOSFET се доближава много до действителната температура на свързване на силициевата матрица на MOSFET.

При тази процедура, тъй като температурата на кръстовището на устройството се повишава, може да очаквате да видите определено ниво на влошаване, което е съвсем нормално? Ако обаче резултатът показва високо ниво на разграждане, това може да показва признаците на присъщо слабо MOSFET устройство.

Следователно от гледна точка на дизайна се прави опит да се гарантира, че разграждането не надвишава над 30% за повишаване на температурата на корпуса от 25 до 125 градуса.

Как да защитим MOSFET от лавинен ток

Както разбрахме от горните дискусии, лавината в MOSFET се развива поради високо напрежение с индуктивна обратна ЕМП превключване през диода на тялото на MOSFET.

Ако това напрежение на ЕМП надвиши максималната номинална стойност на корпусния диод, причинява екстремно генериране на топлина в устройството и последващи повреди.

Това предполага, че ако на индуктивното ЕМП напрежение се позволи да премине през външен подходящ номинален байпасен диод, през източника-излъчвател на полевия транзистор може да помогне за предотвратяване на лавинното явление.

Следващата диаграма предлага стандартния дизайн на добавяне на външен източник на излъчващ диод за подсилване на вътрешния корпусен диод на MOSFET.

Учтивост: MOSFET лавина




Предишна: Преобразуване на изгаряно искрово запалване в последователна искра за високоефективно изгаряне Напред: Обикновена онлайн схема за UPS