În această postare discutăm evaluările avalanșei MOSFET și învățăm cum să înțelegem corect această evaluare în foaia tehnică, modul în care parametrul este testat de producător și măsurile de protejare a MOSFET-urilor împotriva acestui fenomen.

Parametrul de avalanșă nu numai că ajută la verificarea rezistenței dispozitivelor, ci ajută la filtrarea MOSFET-urilor mai slabe sau a celor mai sensibile sau cu risc de defecțiune.

Ce este MOSFET Avalanche Rating

Evaluarea avalanșei MOSFET este energia maximă tolerabilă (milijoule) pe care o poate rezista un MOSFET, atunci când tensiunea sursei sale de scurgere depășește limita tensiunii maxime de avarie (BVDSS).

Acest fenomen apare în mod normal în circuitele de comutare MOSFET cu sarcină inductivă pe terminalul de scurgere.

În timpul perioadelor de pornire ale ciclurilor de comutare, inductorul se încarcă și, în perioadele de OPRIT, inductorul eliberează energia stocată sub formă de CEM în spate prin scurgerea sursei MOSFET-ului.

Această tensiune inversă își găsește calea prin dioda corpului MOSFET și, dacă valoarea sa depășește limita maximă tolerabilă a dispozitivului, provoacă căldură intensă să se dezvolte în interiorul dispozitivului, provocând daune sau o deteriorare permanentă a dispozitivului.

Când a fost introdusă MOSFET Avalanche

Parametrul Avalanche Energy și UIS (comutare inductivă neclampată) curent nu a fost de fapt inclus în fișele tehnice MOSFET înainte de anii 1980.

Și atunci a evoluat nu numai într-o specificație a fișei tehnice, ci într-un parametru pe care mulți consumatori au început să solicite ca FET-ul să fie testat înainte de a trece dispozitivul pentru producție, mai ales dacă MOSFET este proiectat pentru alimentarea cu energie electrică sau implementări de comutare.

Prin urmare, abia după anii 1980, parametrul de avalanșă a început să apară în fișele tehnice, iar apoi tehnicienii de promovare au început să înțeleagă că cu cât este mai mare ratingul de avalanșă, cu atât dispozitivul pare să fie mai competitiv.

Inginerii au început să determine tehnici pentru a experimenta parametrul modificând câteva dintre variabilele sale, care au fost utilizate pentru procesul de testare.

În general, cu cât energia avalanșei este mai mare, cu atât MOSFET se transformă în mai durabil și mai puternic. Prin urmare, un rating mai mare de avalanșă reprezintă caracteristici MOSFET mai puternice.

Majoritatea fișelor tehnice FET vor avea în mod normal parametrul de avalanșă inclus în tabelul lor de evaluări maxime absolute, care poate fi găsit direct în pagina de intrare a fișei tehnice. Mai ales, puteți vizualiza parametrii aici, scrise ca Avalanche Current și Avalanche Energy, Eas.

“cel mai bun magazin online de componente electronice ”

Prin urmare, în fișele tehnice MOSFET Avalanche Energy este prezentată ca cantitatea de energie pe care MOSFET o poate tolera în timp ce este supusă testului de avalanșă sau când este trecută tensiunea maximă de rupere a MOSFET.

Curent de avalanșă și UIS

Această valoare maximă a tensiunii de avarie este determinată prin testul curentului de avalanșă, care se realizează printr-un test de comutare inductivă fără clemă sau testul UIS.

Prin urmare, atunci când inginerii discută despre curentul UIS, se pot referi la curentul de avalanșă.

Se efectuează un test de comutare inductivă fără clemă pentru a afla curentul și, prin urmare, energia avalanșă care ar putea declanșa defectarea MOSFET.

După cum sa menționat mai devreme, aceste mărimi sau evaluări depind în mare măsură de specificațiile testării, în special de valoarea inductorului aplicată în momentul testului.

Configurați testul

Următoarea diagramă arată un circuit standard de test UIS configurat.

Astfel, vedem o sursă de tensiune în serie cu un inductor, L, care este, de asemenea, în serie cu MOSFET-ul testat. Putem vedea, de asemenea, un driver de poartă pentru FET a cărui ieșire este în serie cu un rezistor de poartă FET R.

În imaginea de mai jos, găsim dispozitivul controler LTC55140, care este utilizat în laboratorul Texas Instrument pentru a evalua caracteristicile UIS ale FET.

Caracteristica UIS ajută ulterior nu numai la aflarea evaluării foii de date FET, ci și la valoarea utilizată pentru scanarea FET în procedura de testare finală.

Instrumentul permite ajustarea valorii inductorului de sarcină de la 0,2 la 160 mileni. Permite reglarea tensiunii de scurgere a MOSFET-ului testat de la 10 la 150 de volți.

Acest lucru, ca urmare, face posibilă ecranarea chiar și a acelor FET-uri care sunt evaluate să gestioneze doar tensiunea de avarie de 100 volți. Și devine posibilă aplicarea curenților de scurgere de la 0,1 la 200 amperi. Și acesta este intervalul de curent UIS pe care FET trebuie să-l tolereze în timpul procedurii de testare.

În plus, instrumentul permite setarea diferitelor intervale de temperaturi ale carcasei MOSFET, de la -55 la +150 grade.

Proceduri de testare

Testul UIS standard este implementat în 4 etape, așa cum este ilustrat în următoarea imagine:

Prima etapă constă în testul de pre-scurgere, în care tensiunea de alimentare influențează scurgerea FET. În principiu, ideea de aici este să încercăm să ne asigurăm că FET funcționează în modul normal așteptat.

Astfel, în prima etapă FET este ținut oprit. Menține tensiunea de alimentare blocată pe terminalele emițătorului daim, fără a experimenta niciun fel de curent de scurgere excesiv care curge prin el.

În cea de-a doua etapă, cunoscută sub numele de rampă de curent avalanșă, FET este pornit, ceea ce determină scăderea tensiunii sale de scurgere. Acest lucru duce la creșterea curentului treptat prin inductor cu o di / dt constantă. Deci, practic, în această etapă, inductorului i se permite să se încarce.

În cea de-a treia etapă, se efectuează testul de avalanșă propriu-zis, unde FET este practic supus avalanșei. În această etapă, FET este oprit prin eliminarea părtinirii porții sale. Acest lucru are ca rezultat o di / dt masivă care trece prin inductor, determinând tensiunea de scurgere FET să treacă cu mult peste limita de tensiune de avarie a FET.

Acest lucru forțează FET să treacă prin valul avalanșei. În acest proces, FET absoarbe întreaga energie generată de inductor și rămâne oprit, până când se execută etapa a 4-a, implicând testul post-scurgere

În această a 4-a etapă, FET este supus din nou testului de avalanșă repetată, doar pentru a fi sigur dacă MOSFET se comportă în continuare normal sau nu. În caz contrar, atunci FET se consideră că a trecut testul avalanșei.

Apoi, FET trebuie să treacă de mai multe ori prin testul de mai sus, în care nivelul de tensiune UIS este crescut treptat cu fiecare test, până la nivelul în care MOSFET nu poate rezista și nu reușește testul post-scurgere. Și acest nivel actual este remarcat a fi capacitatea de rezistență maximă a curentului UIS al MOSFET.

Calculul energiei avalanșei MOSFET

Odată realizată capacitatea maximă de manipulare UIS a MOSFET, la care dispozitivul se defectează, devine mult mai ușor pentru ingineri să estimeze cantitatea de energie care este disipată prin FET în timpul procesului de avalanșă.

Presupunând că întreaga energie stocată în inductor a fost disipată în MOSFET în timpul avalanșei, această magnitudine energetică poate fi determinată folosind următoarea formulă:

ESTE_{LA FEL DE}= 1 / 2L x I_DE^Două

ESTE_{LA FEL DE}ne oferă magnitudinea energiei stocate în interiorul inductorului, care este egală cu 50% din valoarea inductanței înmulțită cu curentul pătrat, care curge prin inductor.

Mai departe, s-a observat că odată cu creșterea valorii inductorului, cantitatea de curent care a fost responsabilă pentru defalcarea MOSFET a scăzut de fapt.

Cu toate acestea, această creștere a dimensiunii inductorului compensează de fapt această reducere a curentului în formula energetică de mai sus într-un mod în care valoarea energetică crește literalmente.

Avalanche Energy sau Avalanche Current?

Aceștia sunt cei doi parametri, care pot confunda consumatorii, în timp ce verifică o fișă tehnică MOSFET pentru evaluarea avalanșei.

Mulți dintre producătorii MOSFET testează intenționat MOSFET cu inductoare mai mari, astfel încât să poată lăuda cu o magnitudine mai mare a energiei avalanșei, creând impresia că MOSFET este testat pentru a rezista la energii uriașe de avalanșă și, prin urmare, are o durabilitate crescută până la avalanșă.

Dar metoda de mai sus de utilizare a unui inductor mai mare pare înșelătoare, tocmai de aceea inginerii Texas Instruments testează cu inductanță mai mică în ordinea 0,1 mH, astfel încât MOSFET-ul supus testului să fie supus unui curent de avalanșă mai mare și al unor niveluri extreme de stres de rupere.

Deci, în fișele tehnice, nu energia Avalanche, ci curentul Avalanche ar trebui să fie mai mare în cantitate, ceea ce afișează o rezistență MOSFET mai bună.

Acest lucru face ca testarea finală să fie extrem de strictă și permite filtrarea cât mai multor MOSFET-uri mai slabe posibil.

Această valoare de test nu este utilizată doar ca valoare finală înainte ca aspectul FET să fie trecut pentru producție, dar aceasta este și valoarea care este introdusă în foaia de date.

În pasul următor, valoarea de test de mai sus este redusă cu 65%, astfel încât utilizatorul final să poată obține o marjă mai mare de toleranță pentru MOSFET-urile sale.

De exemplu, dacă curentul de avalanșă testat a fost de 125 Amperi, valoarea finală care este introdusă în foaia tehnică se întâmplă să fie de 81 Amperi, după reducere.

MOSFET Avalanșă curent vs timp petrecut în avalanșă

Un alt parametru care este asociat cu MOSFET de putere și menționat în fișele tehnice, în special pentru MOSFET-urile proiectate pentru comutarea aplicațiilor este capacitatea curentă de avalanșă versus timpul petrecut în avalanșă. Acest parametru este afișat în mod normal în ceea ce privește temperatura carcasei MOSFET la 25 de grade. În timpul testării, temperatura carcasei este crescută la 125 de grade.

În această situație, temperatura cazului MOSFET al MOSFET se apropie foarte mult de temperatura reală de joncțiune a matriței de siliciu a MOSFET.

În această procedură, odată cu creșterea temperaturii de joncțiune a dispozitivului, vă puteți aștepta să vedeți o anumită cantitate de degradare, ceea ce este destul de normal? Cu toate acestea, dacă rezultatul arată un nivel ridicat de degradare, acest lucru poate indica semnele unui dispozitiv MOSFET inerent slab.

Prin urmare, din punct de vedere al proiectării, se încearcă să se asigure că degradarea nu depășește peste 30% pentru o creștere a temperaturii cazului de la 25 la 125 de grade.

Cum se protejează MOSFET de curentul de avalanșă

După cum am aflat din discuțiile de mai sus, avalanșa în MOSFET-uri se dezvoltă datorită comutării EMF inductive de înaltă tensiune prin dioda corpului MOSFET.

Dacă această tensiune EMF înapoi depășește valoarea maximă a diodei corpului, provoacă o generare extremă de căldură în dispozitiv și deteriorări ulterioare.

Acest lucru implică faptul că, dacă tensiunea EMF inductivă este permisă să treacă printr-o diodă de bypass externă adecvată, peste emițătorul de scurgere al FET poate ajuta la evitarea fenomenului avalanșei.

Următoarea diagramă sugerează proiectarea standard de adăugare a unei diode externe de scurgere-emițătoare pentru întărirea diodei interne a corpului MOSFET.