Ako se pitate ili brinete točno koliko snage vaš MOSFET može podnijeti u ekstremnim uvjetima ili u ekstremnim disipativnim situacijama, SOA brojke uređaja su upravo ono što biste trebali gledati.
U ovom ćemo postu sveobuhvatno raspravljati o Sigurnom operativnom području ili SOA-i, kako je prikazano u tablici podataka MOSFET-a.
Slijedi MOSFET sigurno radno područje ili SOA graf koji se obično vidi u svima Texas Instruments liste podataka.
MOSFET SOA opisuje se kao veličina koja određuje maksimalnu snagu koju FET može podnijeti dok radi u području zasićenja.
Uvećani uvid u SOA graf možete vidjeti na sljedećoj slici dolje.
Na grafikonu SOA iznad možemo vidjeti sva ta ograničenja i granice. I dublje u grafikonu nalazimo dodatna ograničenja za mnogo različitih trajanja pojedinačnog impulsa. A te crte unutar grafa mogle bi se odrediti ili proračunima ili fizičkim mjerenjima.
U ranijim i starijim tablicama podataka ti su parametri procijenjeni izračunatim vrijednostima.
Međutim, obično se preporučuje da se ti parametri praktički mjere. Ako ih procjenjujete pomoću formula, na kraju biste mogli dobiti hipotetičke vrijednosti koje su možda doslovno puno veće nego što FET može tolerirati u stvarnom svijetu. Ili možda možete smanjiti (pretjerano kompenzirati) parametre na razinu koja je možda previše prigušena u odnosu na ono s čime se FET zapravo može nositi.
Tako u sljedećim raspravama učimo SOA parametre koji se vrednuju pomoću stvarnih praktičnih metoda, a ne pomoću formula ili simulacija.
Počnimo s razumijevanjem što je način zasićenja i linearni način rada u FET-ovima.
Linearni način rada vs način zasićenja
Pozivajući se na gornji grafikon, linearni način rada je definiran kao područje u kojem je RDS (uključen) ili otpor FET-a prema odvodnom izvoru dosljedan.
To znači da je struja koja prolazi kroz FET izravno proporcionalna pristranosti odvoda prema izvoru kroz FET. Često je poznato i kao omsko područje, jer FET u osnovi djeluje slično fiksnom otporu.
Sada, ako počnemo povećavati napon pristranosti odvodnog izvora na FET, na kraju ćemo pronaći FET koji djeluje u području poznatom kao područje zasićenja. Jednom kada je MOSFET operacija prisiljena u područje zasićenja, struja (pojačala) koja se kreće preko MOSFET-a preko odvoda do izvora više ne reagira na povećanje napona odstupanja od izvora.
Stoga, bez obzira na to za koliko povećavate odvodni napon, ovaj FET nastavlja kroz njega prenositi fiksnu maksimalnu razinu struje.
Jedini način na koji možete manipulirati strujom je obično mijenjanjem napona od vrata do izvora.
Međutim, čini se da je ova situacija pomalo zbunjujuća, jer su to uglavnom vaši udžbenički opisi linearnih i područja zasićenja. Prethodno smo saznali da se ovaj parametar često naziva omskim područjem. Ipak, nekolicina ljudi to zapravo naziva linearnim područjem. Možda je način razmišljanja, pa, ovo izgleda poput ravne crte, pa mora biti linearno?
Ako primijetite ljude koji raspravljaju o aplikacijama za zamjenu putem interneta, oni će to izraziti, pa, ja radim u linearnoj regiji. Ali to je u biti tehnološki neprikladno.
Razumijevanje MOSFET SOA-e
Sad kad znamo što je područje zasićenja FET-om, sada možemo detaljno pregledati naš SOA graf. SOA bi se mogao podijeliti na 5 pojedinačnih ograničenja. Naučimo što su točno.
RDS (uključeno) ograničenje
Prvi redak na grafikonu koji je sive boje predstavlja RDS (uključeno) ograničenje FET-a. A to je područje koje učinkovito ograničava maksimalnu količinu struje kroz FET zbog otpora uređaja na uključivanje.
Drugim riječima, to ukazuje na najveći otpor MOSFET-a koji može postojati pri maksimalno podnošljivoj temperaturi spoja MOSFET-a.
Primjećujemo da ova siva linija ima pozitivan konstantan nagib jedinstva, jednostavno zato što svaka točka unutar ove crte posjeduje identičnu količinu ON otpora, u skladu s Ohmovim zakonom, koji kaže da je R jednako V podijeljeno s I.
Trenutno ograničenje
Sljedeća linija ograničenja na SOA grafu predstavlja trenutno ograničenje. Gore na grafikonu mogu se vidjeti različite vrijednosti pulsa označene plavim, zelenim, ljubičastim crtama, ograničene na 400 ampera gornjom vodoravnom crnom linijom.
Kratki vodoravni presjek CRVENE linije označava ograničenje paketa uređaja ili kontinuirano ograničenje struje (DC) FET-a, oko 200 ampera.
Maksimalno ograničenje snage
Treće ograničenje SOA-e je linija ograničenja maksimalne snage MOSFET-a, predstavljena narančastom kosom linijom.
Kao što primjećujemo, ova linija ima konstantan nagib, ali negativan. Konstantan je budući da svaka točka na ovom SOA ograničenju snage nosi istu konstantnu snagu, predstavljenu formulom P = IV.
Dakle, u ovoj SOA logaritamskoj krivulji ovo generira nagib od -1. Negativni znak je posljedica činjenice da se protok struje kroz MOSFET ovdje smanjuje s porastom napona odvodnog izvora.
Ova pojava prvenstveno je posljedica karakteristika negativnog koeficijenta MOSFET-a koji ograničava struju kroz uređaj s porastom temperature spoja.
Ograničenje toplinske nestabilnosti
Dalje, četvrto ograničenje MOSFET-a u njegovom sigurnom radnom području označeno je žutom kosom crtom, koja predstavlja ograničenje toplinske nestabilnosti.
Preko ovog područja SOA-e postaje stvarno presudno zapravo izmjeriti radni kapacitet uređaja. To je zato što se ovo područje toplinske nestabilnosti ne može predvidjeti na odgovarajući način.
Stoga praktički trebamo analizirati MOSFET u ovom području kako bismo saznali gdje FET može zakazati i koja je točno radna sposobnost određenog uređaja?
Stoga sada možemo vidjeti, ako bismo trebali uzeti ovo ograničenje maksimalne snage i proširiti ga sve dolje na dnu žute crte, odjednom, što onda pronađemo?
Otkrili smo da je ograničenje otkaza MOSFET-a na vrlo niskoj razini, što je mnogo niže vrijednosti u usporedbi s regijom ograničenja maksimalne snage koja se promovira u podatkovnom listu (predstavljena narančastim nagibom).
Ili pretpostavimo da smo previše konzervativni i kažemo ljudima da, hej, izgleda da je donji dio žute crte zapravo ono što FET može podnijeti na maksimumu. Pa, možda smo na najsigurnijoj strani s ovom izjavom, ali tada smo možda previše kompenzirali mogućnost ograničenja snage uređaja, što možda nije razumno, zar ne?
Upravo se zbog toga ovo područje toplinske nestabilnosti ne može utvrditi niti zatražiti formulama, već se mora stvarno ispitati.
Ograničenje napona proboja
Peto područje ograničenja na SOA grafu je ograničenje napona proboja, predstavljeno crnom okomitom crtom. Što je tek maksimalni kapacitet FET-a za rukovanje naponom odvodnog izvora.
Prema grafikonu, uređaj ima 100-voltni BVDSS, što objašnjava zašto je ova crna okomita crta postavljena na 100 V oznaku Drain-Source.
Bilo bi zanimljivo malo više istražiti raniji pojam toplinske nestabilnosti. Da bismo to postigli, morat ćemo istaknuti frazu koja se naziva 'temperaturni koeficijent'.
MOSFET temperaturni koeficijent
Temperaturni koeficijent MOSFET-a može se definirati kao promjena struje tijekom promjene temperature spoja MOSFET-a.
Tc = ∂ID / ∂Tj
Stoga, kada ispitamo krivulju svojstava prijenosa MOSFET-a u njegovom tehničkom listu, nalazimo struju odvoda do izvora FET-a nasuprot rastućem naponu od ulaza do izvora FET-a, također nalazimo da se ove karakteristike procjenjuju na 3 različiti temperaturni rasponi.
Nulti temperaturni koeficijent (ZTC)
Ako pogledamo točku predstavljenu narančastim krugom, to bismo označili kao nulti temperaturni koeficijent MOSFET-a .
U ovom trenutku, čak i ako se temperatura spoja uređaja stalno povećava, ne dolazi do poboljšanja u trenutnom prijenosu kroz FET.
∂JaD/ ∂Tj = 0 , gdje JaD je odvodna struja MOSFET-a, Tj predstavlja temperaturu spoja uređaja
Ako regiju promatramo preko ovog nultog koeficijenta temperature (narančasti krug), dok se krećemo od negativnih -55 do 125 Celzijevih stupnjeva, struja kroz FET zapravo počinje padati.
∂JaD/ ∂Tj <0
Ova je situacija indikativna da se MOSFET stvarno zagrijava, ali snaga koja se rasipa kroz uređaj postaje sve niža. To implicira da zapravo ne postoji opasnost od nestabilnosti uređaja, a pregrijavanje uređaja može biti dopušteno, a za razliku od BJT-a, vjerojatno ne postoji rizik od termalne odbjegle situacije.
Međutim, kod struja u regiji ispod nultog koeficijenta temperature (narančasti krug) primjećujemo trend gdje porast temperature uređaja, odnosno preko negativnih -55 do 125 stupnjeva, uzrokuje trenutni prijenos snage uređaj da se zapravo poveća.
∂JaD/ ∂Tj > 0
To se događa zbog činjenice da je temperaturni koeficijent MOSFET-a u tim točkama veći od nule. Ali, s druge strane, povećanje struje kroz MOSFET, uzrokuje proporcionalno povećanje RDS-a (uključeno) MOSFET-a (otpor izvoru odvoda) i također uzrokuje proporcionalni porast tjelesne temperature uređaja, što dovodi do daljnje struje prijenos putem uređaja. Kada MOSFET uđe u ovo područje pozitivne povratne sprege, može razviti nestabilnost u ponašanju MOSFET-a.
Međutim, nitko ne može reći može li se gornja situacija dogoditi ili ne, i ne postoji jednostavan dizajn za predviđanje kada bi se takva vrsta nestabilnosti mogla pojaviti u MOSFET-u.
To je zato što s MOSFET-om može biti uključeno puno parametara, ovisno o samoj strukturi njegove gustoće stanica ili fleksibilnosti paketa za ravnomjerno odvođenje topline kroz tijelo MOSFET-a.
Zbog ovih nesigurnosti, čimbenici poput toplinskog bježanja ili bilo kakve toplinske nestabilnosti u navedenim regijama moraju se potvrditi za svaki pojedini MOSFET. Ne, ti se atributi MOSFET-a ne mogu pogoditi jednostavnom primjenom jednadžbe maksimalnog gubitka snage.
Zašto je SOA tako presudan
Podaci SOA-e mogu biti kritično korisni u MOSFET aplikacijama gdje se uređajem često radi u područjima zasićenja.
Također je koristan u Vruća zamjena ili Oringovih aplikacija kontrolera, gdje postaje presudno znati točno koliko će snage MOSFET moći podnijeti, pozivajući se na njihove SOA karte.
Praktično ćete otkriti da su vrijednosti područja sigurne radne površine MOSFET-a vrlo korisne za većinu potrošača koji se bave upravljanjem motorom, pretvaračem / pretvaračem ili SMPS proizvodima, gdje uređaj obično radi u ekstremnim temperaturama ili uvjetima preopterećenja.
Izvori: MOSFET trening , Sigurno operativno područje
Prethodno: Kako funkcionira IC LM337: Tehnički list, aplikacijski krugovi Dalje: Sinevalni krug pretvarača klase D
