Разбиране на MOSFET Safe Operating Area или SOA

Опитайте Нашия Инструмент За Премахване На Проблемите





Ако се чудите или се притеснявате точно колко мощност може да понесе вашият MOSFET при екстремни условия или при екстремни дисипативни ситуации, тогава SOA цифрите на устройството са точно това, което трябва да гледате.

В тази публикация ще обсъдим изчерпателно Безопасната оперативна зона или SOA, както е показано в таблицата с данни на MOSFET.



По-долу е MOSFET безопасна работна зона или SOA графика, която обикновено се вижда във всички Texas Instruments листове с данни.

MOSFET SOA се описва като величината, която определя максималната мощност, която FET може да обработи, докато работи в областта на насищане.



Увеличеният поглед на графиката SOA може да се види на следващото изображение по-долу.

В графиката SOA по-горе можем да видим всички тези ограничения и граници. И по-дълбоко в графиката откриваме допълнителни ограничения за много различна продължителност на индивидуалния импулс. И тези линии вътре в графиката могат да бъдат определени или чрез изчисления, или чрез физически измервания.

В по-ранни и по-стари таблици с данни тези параметри бяха оценени с изчислени стойности.

Обикновено обаче се препоръчва тези параметри да бъдат практически измервани. Ако ги оцените с помощта на формули, в крайна сметка може да получите хипотетични стойности, които може да са буквално много по-големи, отколкото FET може да толерира в реалния свят. Или може би можете да намалите (свръхкомпенсирате) параметрите до ниво, което може да е твърде приглушено, спрямо това, с което FET всъщност може да се справи.

Така че в следващите ни дискусии ние научаваме параметрите на SOA, които се оценяват чрез реални практически методи, а не чрез формули или симулации.

Нека започнем с разбирането какво е режим на насищане и линеен режим в полевите транзистори.

Линеен режим срещу режим на насищане

Позовавайки се на горната графика, линейният режим е дефиниран като регион, в който RDS (включен) или съпротивлението на източника на източване на FET е последователно.

Това означава, че токът, преминаващ през БНТ, е пряко пропорционален на пристрастието от източване към източника през БНТ. Той също така често е известен като омична област, тъй като FET по същество действа подобно на фиксиран резистор.

Сега, ако започнем да увеличаваме напрежението на отклонение източник на източване към FET, в крайна сметка ще намерим FET, работещ в регион, известен като регион на насищане. След като операцията MOSFET се принуди в зоната на насищане, токът (усилватели), движещ се през MOSFET през изтичане към източника, вече не реагира на увеличаването на напрежението на отклонение от източник към източник.

Следователно, независимо от това колко увеличавате напрежението на източване, този FET продължава да предава фиксирано максимално ниво на ток през него.

Единственият начин, чрез който можете да манипулирате тока, обикновено е чрез промяна на напрежението от порта към източника.

Тази ситуация обаче изглежда леко озадачаваща, тъй като това обикновено са описанията на учебниците ви в линейна и наситена област. Преди това научихме, че този параметър доста често се нарича омичен регион. Въпреки това няколко хора всъщност наричат ​​това като линейна област. Може би, начинът на мислене е, добре, това изглежда като права линия, така че трябва да е линейна?

Ако забележите хора, които обсъждат приложения за бърза размяна, те ще изразят, добре, аз работя в линеен регион. Но това по същество е технологично неподходящо.

Разбиране на MOSFET SOA

Сега, тъй като знаем какво представлява регионът на насищане с FET, сега можем да прегледаме подробно нашата SOA графика. SOA може да бъде разделен на 5 индивидуални ограничения. Нека да научим какви точно са те.

RDS (включено) ограничение

Първият ред в графиката, който е със сив цвят, представлява RDS (включено) ограничение на FET. И това е регионът, който ефективно ограничава максималното количество ток през полевия транзистор поради съпротивлението на устройството.

С други думи, това показва най-високото съпротивление на MOSFET, което може да съществува при максимално допустимата температура на свързване на MOSFET.

Забелязваме, че тази сива линия има положителен постоянен наклон на единица, просто защото всяка точка в тази линия притежава идентично количество ON съпротивление, в съответствие със закона на Ом, който гласи, че R е равно на V, разделено на I.

Текущо ограничение

Следващият ред на ограничение в SOA графиката представлява текущото ограничение. На графиката могат да се видят различните импулсни стойности, обозначени със сини, зелени, виолетови линии, ограничени на 400 ампера от горната хоризонтална черна линия.

Кратката хоризонтална секция на ЧЕРВЕНАТА линия показва ограничението на пакета на устройството или непрекъснатото ограничение на тока (DC) на FET, около 200 ампера.

Ограничение на максималната мощност

Третото ограничение на SOA е линията за ограничаване на максималната мощност на MOSFET, представена от оранжевата наклонена линия.

Както забелязваме, тази линия има постоянен наклон, но отрицателен. Той е постоянен, тъй като всяка точка на тази линия за ограничаване на мощността на SOA носи същата постоянна мощност, представена с формулата P = IV.

Следователно, в тази SOA логаритмична крива, това генерира наклон от -1. Отрицателният знак се дължи на факта, че текущият поток през MOSFET тук намалява с увеличаване на напрежението на източника на източник.

Това явление се дължи предимно на отрицателните коефициентни характеристики на MOSFET, който ограничава тока през устройството, тъй като температурата му на свързване нараства.

Ограничение на термичната нестабилност

След това четвъртото ограничение на MOSFET в неговата безопасна работна зона е обозначено с жълтата наклонена линия, която представлява ограничението на термичната нестабилност.

В този регион на SOA става наистина важно да се измери действителният капацитет на устройството. Това е така, защото тази област на термична нестабилност не може да бъде предвидена по подходящ начин.

Следователно на практика трябва да анализираме MOSFET в тази област, за да разберем къде FET може да се провали и каква точно е работоспособността на конкретното устройство?

По този начин можем да видим точно сега, ако трябва да вземем това ограничение на максималната мощност и да го разширим до долу в долната част на жълтата линия, тогава изведнъж какво ще открием?

Откриваме, че ограничението на повредата на MOSFET се приземява на много ниско ниво, което е много по-ниско по стойност в сравнение с региона за ограничаване на максималната мощност, популяризиран в листа с данни (представен от оранжевия наклон).

Или да предположим, че сме прекалено консервативни и казваме на хората, че, хей, изглежда, долната област на жълтата линия всъщност е това, което FET може да обработи на макс. Е, може да сме в най-сигурната страна с тази декларация, но тогава може да сме компенсирали прекомерно възможността за ограничаване на мощността на устройството, което може да не е разумно, нали?

Точно затова тази област на термична нестабилност не може да бъде определена или заявена с формули, а трябва действително да бъде тествана.

Ограничение на напрежението при повреда

Петата ограничителна област в графиката SOA е ограничението на напрежението на пробив, представено от черната вертикална линия. Което е просто максималният капацитет за управление на напрежението на източника на източване на FET.

Според графиката устройството разполага със 100-волтов BVDSS, което обяснява защо тази черна вертикална линия се налага при 100 волта Drain-Source mark.

Би било интересно да се проучи малко по-ранното понятие за термична нестабилност. За да постигнем това, ще трябва да очертаем фраза, наречена „температурен коефициент“.

Температурен коефициент на MOSFET

Температурният коефициент на MOSFET може да бъде дефиниран като промяна на тока спрямо промяната в температурата на свързване на MOSFET.

Tc = ∂ID / ∂Tj

Следователно, когато разглеждаме кривата на трансферните характеристики на MOSFET в неговия лист с данни, ние откриваме тока от източване към източника на FET спрямо нарастващото напрежение от порта към източника на FET, ние също така откриваме, че тези характеристики се оценяват при 3 различни температурни диапазони.

Нулев температурен коефициент (ZTC)

Ако погледнем точката, представена с оранжевия кръг, това бихме посочили като нулев температурен коефициент на MOSFET .

В този момент, дори ако температурата на кръстовището на устройството продължава да се увеличава, не се подобрява текущият трансфер през полевия транзистор.

∂Азд/ ∂Tj = 0 , където Азд е източният ток на MOSFET, тj представлява температурата на свързване на устройството

Ако погледнем региона над този нулев температурен коефициент (оранжев кръг), докато се движим от отрицателните -55 до 125 градуса по Целзий, токът през полевия полет всъщност започва да спада.

∂Азд/ ∂Tj <0

Тази ситуация е показателна, че MOSFET наистина се нагрява, но мощността, разсейвана през устройството, намалява. Това означава, че всъщност няма опасност от нестабилност за устройството и прегряването на устройството може да е допустимо и за разлика от BJTs вероятно няма риск от топлинна ситуация.

Въпреки това, при токове в района под нулевия температурен коефициент (оранжев кръг), забелязваме тенденцията, при която повишаването на температурата на устройството, тоест през отрицателните -55 до 125 градуса, причинява текущата предавателна способност на устройството действително да се увеличи.

∂Азд/ ∂Tj > 0

Това се случва поради факта, че температурният коефициент на MOSFET е в тези точки по-висок от нулата. Но, от друга страна, увеличаване на тока през MOSFET, причинява пропорционално увеличение на RDS на MOSFET (включено) (съпротивление на източника на източване) и също така причинява пропорционално повишаване на телесната температура на устройството постепенно, което води до допълнителен ток прехвърляне през устройството. Когато MOSFET попадне в тази област на положителна обратна връзка, това може да развие нестабилност в поведението на MOSFET.

Никой обаче не може да разбере дали горепосочената ситуация може да се случи или не и няма лесен дизайн за прогнозиране кога този вид нестабилност може да възникне в MOSFET.

Това е така, защото може да има много параметри, свързани с MOSFET, в зависимост от самата структура на клетъчната му плътност или гъвкавостта на пакета за равномерно разсейване на топлината през тялото на MOSFET.

Поради тези несигурности фактори като термично избягване или някаква термична нестабилност в посочените региони трябва да бъдат потвърдени за всеки конкретен MOSFET. Не, тези атрибути на MOSFET не могат да се познаят просто чрез прилагане на уравнението за максимална загуба на мощност.

Защо SOA е толкова важен

Цифрите на SOA могат да бъдат критично полезни в MOSFET приложения, където устройството често се експлоатира в зоните на насищане.

Полезен е и в гореща смяна или приложения на контролер Oring, където е от решаващо значение да се знае точно колко мощност ще може да понесе MOSFET, като се позовава на техните SOA диаграми.

На практика ще установите, че стойностите на безопасна работна площ на MOSFET са много полезни за повечето потребители, занимаващи се с управление на двигатели, инвертор / преобразувател или SMPS продукти, където устройството обикновено работи при екстремни температури или условия на претоварване.

Източници: Обучение по MOSFET , Безопасна операционна зона




Предишен: Как работи IC LM337: Информационен лист, Вериги на приложения Следваща: Синусоидална схема на инвертор клас D