U ovom postu raspravljamo o ocjenama MOSFET lavina i naučimo kako pravilno razumjeti ovu ocjenu u podatkovnom listu, kako proizvođač ispituje parametar i mjere zaštite MOSFET-ova od ove pojave.

Parametar lavine ne samo da pomaže u provjeri robusnosti uređaja, već pomaže i u filtriranju slabijih MOSFET-ova ili onih koji su osjetljiviji ili su u opasnosti od kvara.

Što je MOSFET Avalanche Rating

Oznaka MOSFET-a lavine najveća je podnošljiva energija (milijudžul) koju MOSFET može podnijeti kada njegov napon odvodnog izvora premaši ograničenje maksimalnog napona proboja (BVDSS).

Ova se pojava obično događa u MOSFET-sklopnim krugovima s induktivnim opterećenjem preko odvodne stezaljke.

Tijekom razdoblja UKLJ. Ciklusa uključivanja, prigušnica se puni, a tijekom razdoblja ISKL. Prigušnica pušta svoju pohranjenu energiju u obliku stražnjeg EMR-a kroz odvodni izvor MOSFET-a.

Ovaj reverzni napon pronalazi svoj put kroz diodu tijela MOSFET-a i ako njegova vrijednost prelazi maksimalno dopuštenu granicu uređaja, uzrokuje da se u uređaju razvije jaka toplina uzrokujući štetu ili trajnu štetu na uređaju.

Kada je predstavljena MOSFET lavina

Parametar Avalanche Energy i UIS (unclamped inductive switching) current zapravo nije bio uključen u MOSFET tablice prije 1980-ih.

Tada je evoluirao ne samo u specifikaciju podatkovnog lista, već u parametar koji su mnogi potrošači počeli zahtijevati da se FET testira prije puštanja uređaja u proizvodnju, posebno ako je MOSFET dizajniran za implementacije napajanja ili prebacivanja.

Stoga se tek nakon 1980-ih parametar lavine počeo pojavljivati u tablicama s podacima, a zatim su tehničari za promociju počeli shvaćati da što je veća ocjena lavine to se čini da je uređaj konkurentniji.

Inženjeri su započeli s određivanjem tehnika eksperimentiranja s parametrom podešavanjem nekoliko njegovih varijabli koje su korištene za postupak ispitivanja.

Općenito govoreći, što je veća energija lavine, to je MOSFET trajniji i jači. Stoga veća ocjena lavine predstavlja jače MOSFET karakteristike.

Većina podatkovnih listova FET-a obično će imati parametar lavine uključen u njihovu tablicu apsolutnih maksimalnih ocjena, koja se može naći izravno na ulaznoj stranici tehničkog lista. Ovdje posebno možete vidjeti parametre napisane kao Avalanche Current i Avalanche Energy, Eas.

“što je spojni kondenzator ”

Stoga se u tablicama podataka MOSFET energija lavine prikazuje kao količina energije koju MOSFET može tolerirati dok je podvrgnut ispitivanju lavinom ili kada se prelazi maksimalni napon probojnog napona MOSFET-a.

Struja lavine i UIS

Ova maksimalna vrijednost napona proboja određuje se ispitivanjem struje lavine koja se provodi ispitivanjem induktivnog prebacivanja bez zategnutosti ili UIS testom.

Stoga, kada inženjeri raspravljaju o struji UIS-a, možda se pozivaju na Avalanche Current.

Provodi se ispitivanje induktivnog prebacivanja bez stiska kako bi se utvrdila struja, a time i energija lavine koja bi mogla pokrenuti kvar MOSFET-a.

Kao što je ranije spomenuto, ove veličine ili nazivne vrijednosti uvelike ovise o ispitnim specifikacijama, posebno o vrijednosti induktora primijenjenoj u vrijeme ispitivanja.

Postavljanje testa

Sljedeći dijagram prikazuje postavljeni standardni testni krug UIS-a.

Tako vidimo opskrbu naponom u seriji s prigušnicom L, koja je također u seriji s ispitivanim MOSFET-om. Također možemo vidjeti pogonitelj vrata za FET čiji je izlaz u seriji s otpornikom FET vrata R.

Na donjoj slici nalazimo upravljački uređaj LTC55140, koji se koristi u laboratoriju Texas Instrument za procjenu UIS karakteristika FET-a.

Karakteristika UIS-a naknadno pomaže ne samo u otkrivanju ocjene podatkovnog lista FET-a, već i vrijednosti koja se koristi za skeniranje FET-a u završnom postupku ispitivanja.

Alat omogućuje podešavanje vrijednosti induktora opterećenja od 0,2 do 160 milihenri. Omogućuje podešavanje odvodnog napona ispitnog MOSFET-a s 10 na 150 volti.

To, kao rezultat, omogućuje pregled čak i onih FET-ova koji su predviđeni da podnesu samo 100 voltni probojni napon. I, postaje moguće primjenom odvodnih struja od 0,1 do 200 ampera. A ovo je trenutni raspon UIS-a koji će FET možda morati tolerirati tijekom postupka ispitivanja.

Uz to, alat omogućuje postavljanje različitih raspona temperatura MOSFET kućišta, od -55 do +150 stupnjeva.

Postupci ispitivanja

Standardni UIS test provodi se kroz 4 faze, kao što je prikazano na sljedećoj slici:

Prva se faza sastoji od ispitivanja prije istjecanja, u kojem opskrbni napon odstupa FET odvod. U osnovi je ideja ovdje pokušati osigurati da FET radi na uobičajeni očekivani način.

Dakle, u prvoj fazi FET se drži isključenim. Održava napon napajanja blokiranim na stezaljkama daim-odašiljača, a da pritom ne iscuri neka vrsta pretjerane struje curenja.

U drugom stupnju, koji je poznat kao pojačavanje lavinske struje, FET se uključuje, što uzrokuje pad njegovog odvodnog napona. To rezultira postupnim porastom struje kroz induktor s konstantnim di / dt. Dakle, u osnovi u ovoj fazi, induktor se smije napuniti.

U trećoj fazi provodi se stvarni test na lavinu, gdje je FET praktički podvrgnut lavini. U ovoj se fazi FET isključuje uklanjanjem pristranosti vrata. To rezultira masivnim di / dt koji prolazi kroz prigušnicu, uzrokujući da odvodni napon FET puca visoko iznad granice napona proboja FET-a.

To tjera FET da prođe kroz val lavine. U tom procesu FET apsorbira cjelokupnu energiju koju stvara induktor i ostaje isključen sve dok se ne izvrši 4. stupanj, uključujući ispitivanje propuštanja

U ovoj četvrtoj fazi FET se ponovno podvrgava ponovljenom testu na lavinu, samo da bi bio siguran da li se MOSFET i dalje ponaša normalno ili ne. Ako se dogodi, smatra se da je FET prošao test na lavinu.

Dalje, FET mora proći gore navedeni test još mnogo puta, pri čemu se razina napona UIS-a postupno povećava sa svakim ispitivanjem, sve dok razina na kojoj MOSFET ne može izdržati i ne padne u test nakon propuštanja. A ova trenutna razina je zabilježena kao maksimalna trenutna sposobnost izdržavanja UIS-a MOSFET-a.

Izračunavanje energije lavine MOSFET-a

Jednom kada je ostvaren maksimalni UIS-ov trenutni kapacitet rukovanja MOSFET-om, pri kojem se uređaj kvari, inženjerima postaje mnogo lakše procijeniti količinu energije koja se raspršuje kroz FET tijekom procesa lavine.

Pod pretpostavkom da se cjelokupna energija pohranjena u induktoru rasipala u MOSFET tijekom lavine, ta se veličina energije može odrediti pomoću sljedeće formule:

JE_KAO= 1 / 2L x I_OD^dva

JE_KAOdaje nam veličinu energije pohranjene unutar induktora, koja je jednaka 50% vrijednosti induktiviteta pomnožene s trenutnom kvadratnom strujom koja prolazi kroz induktor.

Dalje, uočeno je da se s porastom vrijednosti induktora količina struje koja je bila odgovorna za probijanje MOSFET-a zapravo smanjivala.

Međutim, ovo povećanje veličine induktora zapravo nadoknađuje to smanjenje struje u gornjoj energetskoj formuli na način da se energetska vrijednost doslovno povećava.

Energija lavine ili struja lavine?

To su dva parametra koja mogu zbuniti potrošače dok provjeravaju MOSFET-ovu tablicu za ocjenu lavine.

Mnogi proizvođači MOSFET-a namjerno testiraju MOSFET s većim induktorima, tako da se mogu pohvaliti većom veličinom energije lavine, stvarajući dojam da je MOSFET testiran da podnosi ogromne energije lavine, te stoga ima povećanu trajnost na lavinu.

No, gornja metoda korištenja većeg induktora izgleda zavaravajuće, upravo zbog toga inženjeri Texas Instruments testiraju s manjom induktivnošću reda od 0,1 mH, tako da su ispitivani MOSFET podvrgnuti većim razinama lavine struje i ekstremnog sloma.

Dakle, u tablicama podataka ne bi trebala biti veća količina energije lavina, već struja lavine, koja pokazuje bolju robusnost MOSFET-a.

To čini završno testiranje vrlo strogim i omogućuje filtriranje što većeg broja slabijih MOSFET-ova.

Ova ispitna vrijednost ne koristi se samo kao konačna vrijednost prije nego što se FET raspored prenese za proizvodnju, već je to i vrijednost koja se unosi u tablicu podataka.

U sljedećem koraku, gornja vrijednost testa smanjena je za 65%, tako da krajnji korisnik može dobiti širu granicu tolerancije za svoje MOSFET-ove.

Tako, na primjer, ako je ispitivana struja lavine iznosila 125 ampera, konačna vrijednost koja se unese u tablicu podataka je 81 ampera nakon smanjenja.

MOSFET struja lavine u odnosu na vrijeme provedeno u lavini

Sljedeći parametar koji je povezan s MOSFET-om napajanja i koji se spominje u tablicama s podacima, posebno za MOSFET-ove dizajnirane za prebacivanje aplikacija, jest Avalanche Current Capability versus Time potrošeno u Avalancheu. Ovaj se parametar obično prikazuje s obzirom na temperaturu kućišta MOSFET-a na 25 stupnjeva. Tijekom ispitivanja temperatura kućišta se povećava na 125 stupnjeva.

U ovoj se situaciji temperatura MOSFET-ovog kućišta MOSFET-a vrlo približava stvarnoj temperaturi spoja silicijeve matrice MOSFET-a.

U ovom postupku, kako se temperatura spoja uređaja povećava, možete očekivati određenu količinu razgradnje koja je sasvim normalna? Međutim, ako rezultat pokazuje visoku razinu razgradnje, to može ukazivati na znakove inherentno slabog MOSFET uređaja.

Stoga se s gledišta dizajna pokušava osigurati da razgradnja ne prelazi preko 30% za povećanje temperature slučaja s 25 na 125 stupnjeva.

Kako zaštititi MOSFET od lavinske struje

Kao što smo naučili iz gornjih rasprava, lavina u MOSFET-ovima razvija se zahvaljujući visokonaponskom induktivnom povratnom EMF prebacivanju kroz MOSFET-ovu diodu tijela.

Ako ovaj povratni EMF napon premaši maksimalnu vrijednost tjelesne diode, uzrokuje ekstremno stvaranje topline u uređaju i naknadna oštećenja.

To implicira da, ako se induktivnom EMF naponu dozvoli da prolazi kroz vanjsku prikladnu diodu premosnice, preko odvodnog emitra FET-a može pomoći u sprečavanju pojave lavine.

Sljedeći dijagram sugerira standardni dizajn dodavanja vanjske odvodno-emiterske diode za ojačavanje diode unutarnjeg tijela MOSFET-a.