V tej objavi razpravljamo o ocenah plazov MOSFET in se naučimo, kako pravilno razumeti to oceno v obrazcu, kako proizvajalec preskuša parameter in kako zaščititi MOSFET-je pred tem pojavom.

Parameter plaz ne pomaga le pri preverjanju robustnosti naprav, temveč tudi pri filtriranju šibkejših MOSFET-jev ali tistih, ki so bolj dovzetni ali tvegajo okvaro.

Kaj je MOSFET Avalanche Rating

Močna moč MOSFET-a je največja dopustna energija (milijoulov), ki jo lahko prenese MOSFET, kadar njegova napetost vira odtoka presega mejo največje napetosti okvare (BVDSS).

Ta pojav se običajno pojavi v stikalnih tokokrogih MOSFET z induktivno obremenitvijo preko odtočnega terminala.

Med obdobji vklopa v stikalnih ciklih se induktor napolni, med obdobji izklopa pa induktor sprosti svojo shranjeno energijo v obliki povratnega elektromagnetnega polja skozi odtok vira MOSFET-a.

Ta obratna napetost najde pot skozi diodo telesa MOSFET-a in če njena vrednost preseže največjo dovoljeno mejo naprave, povzroči, da se v njej razvije intenzivna toplota, ki povzroči škodo ali trajno škodo na napravi.

Kdaj je bil predstavljen MOSFET Avalanche

Parameter Avalanche Energy in UIS (unclamped inductive switching) current v resnici pred osemdesetimi leti nista bila vključena v podatkovne liste MOSFET.

Takrat se je razvil ne le v specifikacijo podatkovnega lista, ampak v parameter, ki so ga mnogi potrošniki začeli zahtevati, da se FET preizkusi, preden se naprava preda proizvodnji, še posebej, če je MOSFET zasnovan za izvedbe napajanja ali preklapljanja.

Zato so se šele po osemdesetih letih prejšnjega stoletja v podatkovnih listih začeli pojavljati parametri plazov, nato pa so promocijski tehniki začeli razumeti, da večja kot je plazovna ocena, bolj konkurenčna je naprava.

Inženirji so začeli določiti tehnike za eksperimentiranje s parametrom tako, da so prilagodili nekaj njegovih spremenljivk, ki so bile uporabljene za preskusni postopek.

Na splošno velja, da večja kot je plazovska energija, v trajnejši in močnejši se pretvori MOSFET. Zato večja moč plazov predstavlja močnejše lastnosti MOSFET-a.

V večini podatkovnih listov FET je parameter plaz običajno vključen v tabelo absolutnih najvišjih ocen, ki jo najdete neposredno na vstopni strani podatkovnega lista. Tu si lahko ogledate zlasti parametre, napisane kot Avalanche Current in Avalanche Energy, Eas.

“kaj je sklopni kondenzator ”

Zato je v podatkovnih listih MOSFET Avalanche Energy predstavljen kot količina energije, ki jo MOSFET lahko prenese, medtem ko je na preskusu s snežnimi plazovi ali ko je presežena ocena največje napetosti propada MOSFET-a.

Avalanche Current in UIS

Ta največja napetost okvarne napetosti se določi s preskusom plazovnega toka, ki se opravi s preskusom induktivnega preklopa Unclamped Inductive Switching ali UIS.

Zato se inženirji, ko razpravljajo o toku UIS, morda sklicujejo na plazovni tok.

Izvede se preskus induktivnega preklopa brez stiskanja, da se ugotovi tok in s tem energija plazu, ki bi lahko sprožila okvaro MOSFET-a.

Kot smo že omenili, so te velikosti ali ocene močno odvisne od preskusnih specifikacij, zlasti vrednosti induktorja, uporabljene v času preskusa.

Preskusna nastavitev

Naslednji diagram prikazuje standardno preskusno vezje UIS.

Tako vidimo napajalno napetost v seriji z induktorjem L, ki je prav tako v seriji s preizkušenim MOSFET-om. Prav tako lahko vidimo gonilnik vrat za FET, katerega izhod je v seriji z uporom FET vrat R.

Na spodnji sliki najdemo krmilno napravo LTC55140, ki se uporablja v laboratoriju Texas Instrument za ocenjevanje značilnosti UIS FET.

Značilnost UIS nato pomaga ne le pri ugotavljanju ocene podatkovnega lista FET, temveč tudi vrednosti, uporabljeni za skeniranje FET v postopku končnega preskušanja.

Orodje omogoča prilagajanje vrednosti induktorja obremenitve od 0,2 do 160 miligramov. Omogoča nastavitev odtočne napetosti preizkušenega MOSFET-a od 10 do 150 voltov.

Posledično to omogoča pregled tudi tistih FET-jev, ki so ocenjeni tako, da obvladajo le 100-voltno napetost okvare. In postane možno uporabljati odtočne tokove od 0,1 do 200 amperov. In to je trenutno območje UIS, ki ga mora FET med preskusnim postopkom dopuščati.

Poleg tega orodje omogoča nastavitev različnih obsegov temperatur ohišja MOSFET, od -55 do +150 stopinj.

Preskusni postopki

Standardni test UIS se izvaja v štirih stopnjah, kot je prikazano na naslednji sliki:

Prva stopnja je sestavljena iz preskusa pred uhajanjem, pri katerem napajalna napetost odkloni odtok FET. V bistvu je tu ideja poskušati zagotoviti, da FET deluje na običajno pričakovani način.

Tako je v prvi fazi FET izklopljen. Ohranja napajalno napetost prek sponk daim-oddajnika, ne da bi pri tem tekel kakršen koli prevelik tok uhajanja.

V drugi fazi, ki je znana kot povečanje toka plazovnega toka, se FET vklopi, zaradi česar njegova odtočna napetost pade. Posledica tega je, da se tok postopoma povečuje skozi induktor s konstantnim di / dt. V bistvu je v tej fazi induktor dovoljen, da se napolni.

V tretji fazi se izvede dejanski preskus snežnega plazu, kjer je FET praktično izpostavljen plazu. V tej fazi se FET izklopi z odstranitvijo pristranskosti vrat. Posledica tega je ogromen di / dt, ki prehaja skozi induktor, kar povzroči, da napetost odtoka FET strelja visoko nad mejo napetosti razpada FET.

To prisili FET, da gre skozi plazovito val. V tem procesu FET absorbira celotno energijo, ki jo tvori induktor, in ostane izklopljen, dokler se ne izvede 4. stopnja, ki vključuje preskus puščanja

V tej četrti fazi je FET spet podvržen ponovnemu preskusu snežnih plazov, da se prepriča, ali se MOSFET še vedno obnaša normalno ali ne. Če se to zgodi, se šteje, da je FET uspešno opravil preskus plazov.

Nato mora FET še večkrat opraviti zgornji test, pri čemer se raven napetosti UIS z vsakim testom postopoma povečuje, dokler nivo, ko MOSFET ne more vzdržati in ne uspe po preskusu uhajanja. In ta trenutna raven je znana kot največja trenutna vzdržljivost UIS MOSFET-a.

Izračun energije plazov MOSFET

Ko je dosežena največja trenutna zmogljivost obratovanja MIS-tranzistorja MOSFET, pri kateri se naprava pokvari, postane inženirjem veliko lažje oceniti količino energije, ki se med postopkom snežnih plazov razprši skozi FET.

Ob predpostavki, da je bila celotna energija, shranjena v induktorju, med plazom razpršena v MOSFET, lahko to energijsko velikost določimo z naslednjo formulo:

JE_AS= 1 / 2L x I_OF^dva

JE_ASnam daje velikost energije, shranjene znotraj induktorja, ki je enaka 50% vrednosti induktivnosti, pomnožene s trenutnim kvadratom, ki teče skozi induktor.

Nadalje je bilo ugotovljeno, da se je z zvišanjem vrednosti induktorja količina toka, ki je bil odgovoren za razgradnjo MOSFET-a, dejansko zmanjšala.

Vendar to povečanje velikosti induktorja dejansko izravna to zmanjšanje toka v zgornji energijski formuli na način, da se energijska vrednost dobesedno poveča.

Plazovska energija ali plazovni tok?

To sta dva parametra, ki lahko zmedeta potrošnike pri preverjanju podatkovnega lista MOSFET glede plazov.

Številni proizvajalci MOSFET-a namerno preizkušajo MOSFET z večjimi induktorji, tako da se lahko pohvalijo z večjo velikostjo plazovske energije, kar ustvarja vtis, da je MOSFET preizkušen, da vzdrži ogromne plazovske energije, zato ima večjo trpežnost do plazov.

Toda zgornja metoda uporabe večjega induktorja se zdi zavajajoča, ravno zato inženirji Texas Instruments preizkušajo z manjšo induktivnostjo približno 0,1 mH, tako da so preizkušeni MOSFET izpostavljeni višjim nivojem toka plazov in ekstremnim napetostim okvare.

Torej, v podatkovnih listih ne bi smela biti večja količina energije plazov, temveč lavinski tok, ki kaže boljšo robustnost MOSFET-a.

Zaradi tega je končno testiranje zelo strogo in omogoča filtriranje čim večjega števila šibkejših MOSFET-jev.

Ta preskusna vrednost se ne uporablja samo kot končna vrednost, preden se FET postavi za proizvodnjo, ampak je to tudi vrednost, ki se vnese v podatkovni list.

V naslednjem koraku je zgornja preskusna vrednost zmanjšana za 65%, tako da lahko končni uporabnik dobi večjo toleranco za svoje MOSFET-je.

Na primer, če je bil preizkušeni plazovni tok 125 amperov, je končna vrednost, vnesena v podatkovni list, 81 amperov po zmanjšanju.

MOSFET Trenutni plaz v primerjavi s časom, porabljenim v plazu

Drug parameter, ki je povezan z močnostnim MOSFET-om in je omenjen v obrazcih, še posebej za MOSFET-je, namenjene preklapljanju aplikacij, je Avalanche Current Capability versus Time Asten in Avalanche. Ta parameter je običajno prikazan glede na temperaturo ohišja MOSFET-a pri 25 stopinjah. Med testiranjem se temperatura ohišja poveča na 125 stopinj.

V tem primeru se temperatura ohišja MOSFET-a MOSFET-a zelo približa dejanski temperaturi stičišča silicijeve matrice MOSFET-a.

V tem postopku, ko se temperatura spoja naprave zviša, lahko pričakujete določeno stopnjo poslabšanja, ki je povsem običajna? Če pa rezultat kaže visoko stopnjo razgradnje, to lahko kaže na znake inherentno šibke naprave MOSFET.

Zato se s konstrukcijskega vidika poskuša zagotoviti, da razgradnja ne preseže 30% za zvišanje temperature primera s 25 na 125 stopinj.

Kako zaščititi MOSFET pred plazovnim tokom

Kot smo se naučili iz zgornjih razprav, se plaz v MOSFET-jih razvije zaradi visokonapetostnega induktivnega povratnega elektromagnetnega polja, ki preklaplja skozi diodo telesa MOSFET-a.

Če ta napetost EMF preseže največjo dovoljeno vrednost diode telesa, povzroči izjemno toploto v napravi in posledično škodo.

To pomeni, da lahko, če induktivna EMF napetost prehaja skozi zunanjo ustrezno ocenjeno obvodno diodo, čez odtočni oddajnik FET pomaga preprečiti plazovski pojav.

Naslednji diagram predlaga standardno zasnovo dodajanja zunanje odvodno-oddajniške diode za ojačitev notranje diode telesa MOSFET-a.