Jei jus domina ar nerimaujate, kiek tiksliai jūsų MOSFET gali toleruoti galia esant ekstremalioms sąlygoms arba esant ekstremalioms išsklaidomoms situacijoms, tada prietaiso SOA skaičiai yra būtent tai, į ką turėtumėte žiūrėti.
Šiame įraše mes išsamiai aptarsime saugaus darbo zoną arba SOA, kaip tai rodoma MOSFET duomenų lape.
Toliau pateikiama MOSFET saugaus veikimo sritis arba SOA diagrama, kuri paprastai matoma visuose „Texas Instruments“ duomenų lapus.
„MOSFET SOA“ apibūdinamas kaip dydis, nurodantis didžiausią galią, kurią FET gali dirbti dirbdamas prisotinimo srityje.
Padidintą SOA grafiko žvilgsnį galima pamatyti kitame žemiau esančiame paveikslėlyje.
Aukščiau pateiktame SOA grafike galime pamatyti visus šiuos apribojimus ir ribas. Giliau grafike randame papildomų apribojimų daugeliui skirtingų individualių impulsų trukmės. Šias linijas grafiko viduje galima nustatyti atliekant skaičiavimus ar fizinius matavimus.
Ankstesniuose ir senesniuose duomenų lapuose šie parametrai buvo įvertinti naudojant apskaičiuotas vertes.
Tačiau paprastai rekomenduojama praktiškai išmatuoti šiuos parametrus. Jei įvertinsite juos naudodami formules, galų gale gausite hipotetines vertes, kurios tiesiogine prasme gali būti daug didesnės, nei realiame pasaulyje FET gali toleruoti. O galbūt jūs galite sumažinti (per daug kompensuoti) parametrus iki tokio lygio, kuris gali būti pernelyg prislopintas, palyginti su tuo, su kuo FET iš tikrųjų gali susidoroti.
Taigi mūsų tolesnėse diskusijose mes sužinome SOA parametrus, kurie yra vertinami realiais praktiniais metodais, o ne formulėmis ar modeliavimais.
Pradėkime nuo supratimo, kas yra sodrumo režimas ir tiesinis režimas FET.
Linijinis režimas ir sodrumo režimas
Remiantis aukščiau pateiktu grafiku, linijinis režimas apibrėžiamas kaip sritis, kurioje RDS (įjungta) arba FET nutekėjimo šaltinio varža yra pastovi.
Tai reiškia, kad srovė, einanti per FET, yra tiesiogiai proporcinga nutekėjimo į šaltinį šališkumui per FET. Jis taip pat dažnai žinomas kaip ominis regionas, nes FET iš esmės veikia panašiai kaip fiksuotas rezistorius.
Dabar, jei pradėsime didinti nutekėjimo šaltinio šališkumo įtampą iki FET, galų gale rasime, kad FET veikia regione, vadinamame sodrumo regionu. Kai MOSFET operacija bus priversta į prisotinimo sritį, srovė (amperai), judanti per MOSFET per kanalizaciją į šaltinį, nebeatsako į kanalo įtampos padidėjimą.
Todėl, nepaisant to, kiek padidinate nutekėjimo įtampą, šis FET ir toliau perduoda fiksuotą maksimalų srovės lygį.
Vienintelis būdas valdyti srovę paprastai yra keičiant vartų-šaltinių įtampą.
Tačiau atrodo, kad ši padėtis yra šiek tiek mįslinga, nes paprastai tai yra jūsų vadovėlių linijinio ir sodrumo regiono aprašymai. Anksčiau sužinojome, kad šis parametras gana dažnai vadinamas ominiu regionu. Nepaisant to, keletas žmonių tai iš tikrųjų įvardija kaip linijinį regioną. Galbūt mąstysena yra tokia, kad tai atrodo tiesi linija, todėl ji turi būti tiesinė?
Jei pastebėsite žmones, kurie diskutuoja apie greito apsikeitimo programas, jie išreikš, gerai, aš dirbu tiesiniame regione. Bet tai iš esmės yra technologiškai netinkama.
Supratimas apie MOSFET SOA
Kadangi mes žinome, kas yra FET prisotinimo regionas, dabar galime išsamiai peržiūrėti savo SOA grafiką. SOA galima būtų suskirstyti į 5 individualius apribojimus. Sužinokime, kokie jie yra.
RDS (įjungta) apribojimas
Pirmoji pilkos spalvos grafiko eilutė rodo RET (įjungtas) FET apribojimą. Tai yra regionas, kuris veiksmingai riboja didžiausią srovės kiekį per FET dėl prietaiso atsparumo.
Kitaip tariant, tai rodo didžiausią MOSFET atsparumą, kuris gali egzistuoti esant maksimaliai toleruotinai MOSFET sandūros temperatūrai.
Pastebime, kad ši pilka linija turi teigiamą pastovų vienybės nuolydį vien todėl, kad kiekvienas šios tiesės taškas turi vienodą ON pasipriešinimo kiekį pagal Ohmo dėsnį, kuriame teigiama, kad R yra lygus V, padalytas iš I.
Dabartinis apribojimas
Kita apribojimo eilutė SOA grafike rodo dabartinį apribojimą. Grafike matomos skirtingos impulsų vertės, nurodytos mėlynomis, žaliomis, violetinėmis linijomis, kurias 400 amperų riboja viršutinė horizontali juoda linija.
Trumpas raudonos raudonos linijos ruožas rodo prietaiso pakuotės ribą arba FET nuolatinės srovės ribą (DC), esant maždaug 200 amperų.
Didžiausias galios apribojimas
Trečiasis SOA apribojimas yra MOSFET didžiausios galios ribojimo linija, kurią žymi oranžinė nuožulni linija.
Kai pastebime, ši linija turi nuolatinį nuolydį, bet neigiamą. Ji yra pastovi, nes kiekvienas šios SOA galios ribinės linijos taškas turi tą pačią pastoviąją galią, kurią rodo formulė P = IV.
Taigi šioje SOA logaritminėje kreivėje tai sukuria -1 nuolydį. Neigiamas ženklas yra dėl to, kad srovės srautas per MOSFET čia mažėja, kai padidėja kanalizacijos šaltinio įtampa.
Šį reiškinį pirmiausia lemia neigiamos MOSFET koeficiento charakteristikos, kurios riboja srovę per prietaisą, kai jo sandūros temperatūra didėja.
Terminio nestabilumo apribojimas
Be to, ketvirtąjį MOSFET apribojimą visoje jo saugaus veikimo srityje rodo geltona nuožulni linija, kuri reiškia terminio nestabilumo apribojimą.
Būtent šiame SOA regione tampa labai svarbu iš tikrųjų įvertinti prietaiso darbinį pajėgumą. Taip yra todėl, kad šio terminio nestabilumo srities negalima numatyti jokiomis tinkamomis priemonėmis.
Todėl praktiškai turime išanalizuoti šios srities MOSFET, kad išsiaiškintume, kur FET gali sugesti ir koks yra konkretaus įrenginio darbinis pajėgumas?
Taigi dabar galime pamatyti, jei mes imtumėmės šios didžiausios galios apribojimo ir pratęstume jį iki galo geltonos linijos apačioje, staiga tai, ką randame?
Mes nustatėme, kad MOSFET gedimų apribojimas nusileidžia labai žemai, o tai yra daug mažesnė vertė, palyginti su maksimalios galios ribojimo sritimi, reklamuojama duomenų lape (pavaizduota oranžiniu nuolydžiu).
Arba tarkime, kad mes esame per daug konservatyvūs ir sakome žmonėms, kad, žiūrėkit, apatinis geltonos linijos regionas yra tas, ką FET gali maksimaliai įveikti. Na, mes galime būti saugiausioje pusėje su šia deklaracija, bet tada mes galėjome per daug kompensuoti įrenginio galios ribojimo galimybes, o tai gali būti neprotinga, tiesa?
Būtent todėl šio terminio nestabilumo srities negalima nustatyti ar pareikšti pagal formulę, tačiau ji turi būti iš tikrųjų išbandyta.
Sugedimo įtampos apribojimas
Penktasis SOA grafiko apribojimo regionas yra gedimo įtampos apribojimas, kurį rodo juoda vertikali linija. Tai yra tik didžiausia FET nutekėjimo šaltinio įtampos valdymo galia.
Kaip parodyta diagramoje, įrenginyje yra 100 voltų BVDSS, kuris paaiškina, kodėl ši juoda vertikali linija vykdoma esant 100 voltų „Drain-Source“ ženklui.
Būtų įdomu šiek tiek daugiau ištirti ankstesnę terminio nestabilumo sampratą. Norėdami tai pasiekti, turėsime apibūdinti frazę, vadinamą „temperatūros koeficientu“.
MOSFET temperatūros koeficientas
MOSFET temperatūros koeficientą galima apibrėžti kaip srovės pokytį, palyginti su MOSFET jungties temperatūros pokyčiu.
Tc = ∂ID / ∂Tj
Todėl, nagrinėdami MOSFET perdavimo charakteristikų kreivę jo duomenų lape, randame FET nutekėjimo į šaltinį srovę, palyginti su didėjančia FET nuo vartų iki šaltinio įtampa, taip pat nustatome, kad šios charakteristikos vertinamos 3 skirtingi temperatūros diapazonai.
Nulinis temperatūros koeficientas (ZTC)
Jei pažvelgsime į tašką, kurį vaizduoja oranžinis apskritimas, tai mes nurodytume kaip nulinis MOSFET temperatūros koeficientas .
Šiuo metu, net jei prietaiso jungties temperatūra nuolat didėja, srovės perdavimas per FET nepagerėja.
AšD/ ∂Tj = 0 , kur AšD yra MOSFET nutekėjimo srovė, Tj rodo prietaiso sandūros temperatūrą
Jei pažvelgsime į regioną virš šio nulinio temperatūros koeficiento (oranžinis apskritimas), pereinant nuo neigiamo -55 iki 125 laipsnių Celsijaus, srovė per FET iš tikrųjų pradeda kristi.
AšD/ ∂Tj <0
Ši situacija rodo, kad MOSFET iš tikrųjų tampa vis karštesnė, tačiau per įrenginį išsisklaidžiusi galia mažėja. Tai reiškia, kad iš tikrųjų nėra jokio prietaiso nestabilumo pavojaus, todėl prietaiso perkaitimas gali būti leidžiamas, o skirtingai nei BJT, galbūt nėra terminio pabėgimo pavojaus.
Tačiau esant srovėms regione, esančiame žemiau nulio temperatūros koeficiento (oranžinis apskritimas), pastebime tendenciją, kai prietaiso temperatūros padidėjimas, tai yra per neigiamą nuo -55 iki 125 laipsnių, sukelia dabartinį kad įrenginys iš tikrųjų padidėtų.
AšD/ ∂Tj > 0
Tai atsitinka dėl to, kad MOSFET temperatūros koeficientas šiuose taškuose yra didesnis nei nulis. Kita vertus, padidėjus srovei per MOSFET, proporcingai padidėja MOSFET RDS (įjungta) (atsparumas nutekėjimo šaltiniui), taip pat proporcingai padidėja prietaiso kūno temperatūra, o tai lemia tolesnę srovę perduoti per įrenginį. Kai MOSFET patenka į šį teigiamo grįžtamojo ryšio ciklo regioną, jis gali sukurti MOSFET elgesio nestabilumą.
Tačiau niekas negali pasakyti, ar minėta situacija gali atsitikti, ar ne, ir nėra lengva prognozuoti, kada MOSFET gali kilti tokio pobūdžio nestabilumas.
Taip yra todėl, kad gali būti daugybė parametrų, susijusių su MOSFET, atsižvelgiant į jos ląstelių tankio struktūrą arba paketo lankstumą tolygiai išsklaidyti šilumą per visą MOSFET kūną.
Dėl šių neapibrėžtumų kiekvienam konkrečiam MOSFET reikia patvirtinti tokius veiksnius kaip terminis pabėgimas ar bet koks šiluminis nestabilumas nurodytuose regionuose. Ne, šių MOSFET požymių negalima atspėti paprasčiausiai taikant maksimalios galios nuostolių lygtį.
Kodėl SOA yra tokia svarbi
SOA skaičiai gali būti labai naudingi MOSFET programose, kur įrenginys dažnai naudojamas prisotinimo regionuose.
Tai taip pat naudinga karšto apsikeitimo arba „Oring“ valdiklių programos, kai tampa labai svarbu tiksliai žinoti, kiek energijos MOSFET sugebės toleruoti, nurodant jų SOA diagramas.
Praktiškai pastebėsite, kad MOSFET saugaus veikimo srities vertės dažniausiai yra labai naudingos daugumai vartotojų, užsiimančių variklio valdymu, keitiklio / keitiklio ar SMPS gaminiais, kai prietaisas paprastai naudojamas esant ekstremalioms temperatūroms ar perkrovos sąlygoms.
Šaltiniai: MOSFET mokymai , Saugi darbo zona
Pora: Kaip veikia „IC LM337“: duomenų lapas, taikymo grandinės Kitas: D klasės „Sinewave“ keitiklio grandinė
