Šiame įraše aptariame „MOSFET“ lavinos reitingus ir sužinome, kaip teisingai suprasti šį įvertinimą duomenų lape, kaip parametrą tikrina gamintojas ir kaip apsaugoti MOSFET nuo šio reiškinio.

Lavinos parametras ne tik padeda patikrinti prietaisų tvirtumą, bet ir padeda filtruoti silpnesnius MOSFET arba tuos, kurie yra jautresni ar kuriems gali kilti gedimas.

Kas yra „MOSFET Avalanche Rating“

„MOSFET“ lavinos reitingas yra didžiausia leistina energija (milijaliais), kurią gali atlaikyti MOSFET, kai jos nutekėjimo šaltinio įtampa viršija maksimalią gedimo įtampos (BVDSS) ribą.

Šis reiškinys paprastai įvyksta MOSFET perjungimo grandinėse, kai indukcinė apkrova yra per kanalizacijos terminalą.

Perjungimo ciklų įjungimo periodais induktorius įkraunamas, o išjungimo periodais induktorius išleidžia savo sukauptą energiją atgalinės EMF pavidalu per MOSFET šaltinį.

Ši atvirkštinė įtampa patenka per MOSFET kūno diodą ir, jei jos vertė viršija didžiausią leistiną prietaiso ribą, įrenginyje išsivysto intensyvi šiluma, padaranti žalą ar visam laikui.

Kada buvo pristatyta „MOSFET Avalanche“

Parametras „Avalanche Energy“ ir UIS (unclamped inductive switching) srovė iš tikrųjų nebuvo įtrauktas į MOSFET duomenų lapus iki 1980 m.

Ir tada jis tapo ne tik duomenų lapo specifikacija, bet ir parametru, kurį daugelis vartotojų pradėjo reikalauti, kad FET būtų išbandytas prieš perduodant įrenginį gamybai, ypač jei MOSFET yra skirtas maitinimo šaltiniui ar perjungimo diegimui.

Todėl tik po devintojo dešimtmečio lavinos parametras pradėjo pasirodyti duomenų lapuose, o paskui reklamos specialistai pradėjo suprasti, kad kuo didesnis lavinos įvertinimas, tuo konkurencingesnis pasirodė prietaisas.

Inžinieriai pradėjo nustatyti metodus eksperimentuoti su parametru, pakoreguodami kelis jo kintamuosius, kurie buvo naudojami testavimo procese.

Apskritai, kuo didesnė lavinos energija, tuo patvaresnė ir stipresnė MOSFET virsta. Todėl didesnis lavinos įvertinimas rodo stipresnes MOSFET charakteristikas.

Daugumos FET duomenų lapų lavinos parametras paprastai bus įtrauktas į jų absoliučių didžiausių įvertinimų lentelę, kurią galima rasti tiesiogiai duomenų lapo įvedimo puslapyje. Čia galite peržiūrėti parametrus, parašytus kaip „Lavinos srovė“ ir „Lavinų energija“, „Easy“.

“kuris iš šių dalykų būtų laikomas belaidės laikmenos tipu? ”

Todėl duomenų lapuose „MOSFET Avalanche Energy“ pateikiama kaip energijos kiekis, kurį MOSFET gali toleruoti, kai jam atliekamas lavinos testas arba kai peržengiama MOSFET didžiausia gedimo įtampa.

Lavinos srovė ir UIS

Ši didžiausia gedimo įtampos vertė nustatoma atliekant lavinos srovės bandymą, kuris atliekamas per neužspaudžiamą indukcinio perjungimo bandymą arba UIS testą.

Taigi, kai inžinieriai diskutuoja apie UIS srovę, jie gali kalbėti apie lavinos srovę.

Atliekamas neužspaudžiamo indukcinio perjungimo bandymas, siekiant išsiaiškinti srovę ir tuo pačiu lavinos energiją, kuri gali sukelti MOSFET gedimą.

Kaip minėta anksčiau, šie dydžiai ar įvertinimai labai priklauso nuo bandymo specifikacijų, ypač nuo induktoriaus vertės, taikytos bandymo metu.

Bandymo sąranka

Šioje diagramoje parodyta standartinė UIS bandymo grandinė.

Taigi matome įtampos tiekimą nuosekliai su induktoriumi L, kuris taip pat yra nuosekliai su bandomuoju MOSFET. Taip pat galime pamatyti FET vartų tvarkyklę, kurios išėjimas yra nuosekliai su FET vartų rezistoriumi R.

Žemiau esančiame paveikslėlyje randame „LTC55140“ valdiklio įrenginį, kuris naudojamas Teksaso prietaisų laboratorijoje FET UIS charakteristikoms įvertinti.

Vėliau UIS charakteristika padeda ne tik sužinoti FET duomenų lapo įvertinimą, bet ir vertę, naudojamą nuskaityti FET per paskutinę bandymo procedūrą.

Šis įrankis leidžia pakoreguoti apkrovos induktoriaus vertę nuo 0,2 iki 160 milijardų. Tai leidžia reguliuoti bandomosios MOSFET nutekėjimo įtampą nuo 10 iki 150 voltų.

Dėl to galima patikrinti net tuos FET, kurie yra įvertinti tik 100 voltų gedimo įtampa. Tai tampa įmanoma naudojant išleidimo sroves nuo 0,1 iki 200 amperų. Tai yra UIS srovės diapazonas, kurį FET gali tekti toleruoti atliekant bandymo procedūrą.

Be to, įrankis leidžia nustatyti skirtingus MOSFET korpuso temperatūros diapazonus, nuo -55 iki +150 laipsnių.

Testavimo procedūros

Standartinis UIS testas įgyvendinamas per 4 etapus, kaip parodyta šiame paveikslėlyje:

Pirmasis etapas susideda iš išankstinio nuotėkio bandymo, kurio metu maitinimo įtampa pakreipia FET nutekėjimą. Iš esmės, idėja yra bandyti užtikrinti, kad FET veiktų įprastu būdu.

Taigi pirmajame etape FET yra išjungtas. Jis išlaiko maitinimo įtampą per „daim-emitter“ gnybtus nepatirdamas jokios per didelės nuotėkio srovės.

Antrame etape, kuris vadinamas lavinos srovės padidėjimu, FET yra įjungtas, dėl kurio sumažėja jo nutekėjimo įtampa. Dėl to srovė palaipsniui didėja per induktorių su pastoviu di / dt. Taigi iš esmės šiame etape induktoriui leidžiama įkrauti.

Trečiajame etape atliekamas tikrasis lavinos bandymas, kai FET praktiškai yra paveikta lavina. Šiame etape FET išjungiamas pašalinant jo vartų šališkumą. Tai lemia didžiulį di / dt patekimą per induktorių, todėl FET nutekėjimo įtampa šaudo aukštai virš FET sugedimo įtampos ribos.

Tai priverčia FET išgyventi lavinos bangą. Šiame procese FET sugeria visą induktoriaus sukurtą energiją ir būna išjungtas, kol bus įvykdytas 4-asis etapas, apimantis po nuotėkio bandymą

Šiame 4-ajame etape FET vėl atliekamas pakartotinis lavinos testas, kad būtų tikra, ar MOSFET vis dar elgiasi normaliai, ar ne. Jei taip, tada laikoma, kad FET išlaikė lavinos testą.

Be to, FET turi atlikti daug anksčiau minėtą bandymą dar kartą, kai UIS įtampos lygis palaipsniui didinamas su kiekvienu bandymu, kol tas lygis, kuriame MOSFET negali atlaikyti ir neišlaiko po nuotėkio. Šis dabartinis lygis yra pažymėtas kaip maksimalus MOSFET UIS srovės atsparumas.

Skaičiuojant MOSFET lavinos energiją

Kai bus pasiektas maksimalus dabartinis MOSFET UIS valdymo pajėgumas, kurio metu prietaisas sugenda, inžinieriams tampa daug lengviau įvertinti energijos kiekį, kuris lavinos proceso metu išsisklaido per FET.

Darant prielaidą, kad visa induktoriuje sukaupta energija lavinos metu buvo išsklaidyta į MOSFET, šį energijos dydį galima nustatyti naudojant šią formulę:

IS_AS= 1 / 2L x I_APIE^du

IS_ASnurodo induktoriaus viduje sukauptos energijos dydį, kuris yra lygus 50% induktyvumo vertės, padaugintos iš srovės, kvadrato, tekančios per induktorių.

Toliau buvo pastebėta, kad padidėjus induktoriaus vertei, srovės kiekis, kuris buvo atsakingas už MOSFET suskaidymą, iš tikrųjų sumažėjo.

Tačiau šis induktoriaus dydžio padidėjimas iš tikrųjų kompensuoja šį srovės sumažėjimą pagal pirmiau pateiktą energijos formulę taip, kad energijos vertė pažodžiui padidėtų.

Lavinos energija ar lavinos srovė?

Tai yra du parametrai, kurie gali supainioti vartotojus, tikrinant MOSFET duomenų lapą dėl lavinų įvertinimo.

Daugelis „MOSFET“ gamintojų sąmoningai išbando „MOSFET“ su didesniais induktoriais, kad jie galėtų pasigirti didesniu lavinos energijos dydžiu, taip sukuriant įspūdį, kad „MOSFET“ yra išbandyta, kaip atlaikyti milžiniškas lavinų energijas, todėl pasižymi didesniu lavinos patvarumu.

Tačiau aukščiau nurodytas didesnio induktoriaus naudojimo metodas atrodo klaidinantis, būtent todėl „Texas Instruments“ inžinieriai tikrina mažesnį induktyvumą, maždaug 0,1 mH, kad bandomajam MOSFET būtų taikomas didesnis lavinos srovės ir ekstremalaus gedimo streso lygis.

Taigi, duomenų lapuose ne lavinos energija, o lavinos srovė turėtų būti didesnė, o tai rodo geresnį MOSFET tvirtumą.

Dėl to galutinis testavimas yra labai griežtas ir leidžia išfiltruoti kuo daugiau silpnesnių MOSFET.

Ši bandymo vertė naudojama ne tik kaip galutinė vertė prieš perduodant FET maketą gamybai, bet ir tai yra vertė, kuri įrašoma į duomenų lapą.

Kitame etape pirmiau nurodyta bandymo vertė sumažinama 65%, kad galutinis vartotojas galėtų gauti didesnę savo MOSFET tolerancijos ribą.

Pavyzdžiui, jei išbandyta lavinos srovė buvo 125 amperai, galutinė duomenų lape įrašyta vertė būna 81 amperas, sumažinus.

„MOSFET“ lavinos srovė ir laikas, praleistas lavinoje

Kitas parametras, kuris yra susijęs su maitinimo MOSFET ir paminėtas duomenų lapuose, ypač MOSFET, skirtas programoms perjungti, yra lavinos srovės pajėgumas, palyginti su lavina praleistu laiku. Šis parametras paprastai rodomas atsižvelgiant į MOSFET korpuso temperatūrą esant 25 laipsniams. Bandymo metu korpuso temperatūra padidinama iki 125 laipsnių.

Šioje situacijoje MOSFET korpuso temperatūra yra labai artima tikrajai MOSFET silicio štampo sandūros temperatūrai.

Atliekant šią procedūrą, padidėjus prietaiso sankryžos temperatūrai, galite tikėtis, kad tam tikra degradacija yra gana normali? Tačiau jei rezultatas rodo didelį degradacijos lygį, tai gali rodyti silpno MOSFET įrenginio požymius.

Todėl dizaino požiūriu bandoma užtikrinti, kad skilimas neviršytų daugiau kaip 30%, jei temperatūra pakyla nuo 25 iki 125 laipsnių.

Kaip apsaugoti MOSFET nuo lavinos srovės

Kaip sužinojome iš minėtų diskusijų, lavina MOSFET yra sukurta dėl aukštos įtampos indukcinio atgalinio EMF perjungimo per MOSFET kūno diodą.

Jei ši užpakalinė EMF įtampa viršija didžiausią kūno diodo reitingą, tai sukelia ypatingą šilumos susidarymą įrenginyje ir tolesnę žalą.

Tai reiškia, kad jei indukcinei EMF įtampai leidžiama praeiti per išorinį tinkamo dydžio apeinamąjį diodą, per FET nutekėjimo spinduolį galima išvengti lavinos reiškinio.

Šioje diagramoje siūloma standartinė išorinio nutekėjimo diodo pridėjimo konstrukcija, skirta sustiprinti MOSFET vidinį kūno diodą.