MOSFET-lumivyöryluokituksen, testauksen ja suojauksen ymmärtäminen

MOSFET-lumivyöryluokituksen, testauksen ja suojauksen ymmärtäminen

Tässä viestissä keskustelemme MOSFET-lumivyöryluokituksista ja opitaan ymmärtämään tämä luokitus lomakkeessa oikein, miten valmistaja testaa parametrin, ja toimenpiteet MOSFET-laitteiden suojaamiseksi tältä ilmiöltä.

Lumivyöryparametri ei vain auta varmistamaan laitteiden kestävyyttä, vaan myös suodattaa pois heikommat MOSFET-tiedostot tai ne, jotka ovat herkempiä tai vaarassa rikkoutua.

Mikä on MOSFET Avalanche Rating

MOSFET-lumivyöryluokka on suurin siedettävä energia (millijoule), jonka MOSFET pystyy kestämään, kun sen tyhjennyslähteen jännite ylittää suurimman rikkoutumisjännitteen (BVDSS) rajan.



Tämä ilmiö esiintyy normaalisti MOSFET-kytkentäpiireissä, joissa induktiivinen kuorma on tyhjennysliittimen poikki.

Kytkentäjaksojen ON-jaksojen aikana induktori latautuu ja OFF-jaksojen aikana induktori vapauttaa varastoidun energiansa takaisin EMF-muodossa MOSFET-lähteen tyhjennyksen yli.

Tämä käänteinen jännite löytää tiensä MOSFETin kehodiodin läpi, ja jos sen arvo ylittää laitteen suurimman sallitun rajan, aiheuttaa voimakkaan lämmön kehittymistä laitteen sisällä aiheuttaen vahinkoa tai pysyvää vahinkoa laitteelle.

Milloin MOSFET Avalanche esiteltiin

Parametrin Avalanche Energy ja UIS (unclamped inductive switching) virta ei itse asiassa sisältynyt MOSFET-taulukoihin ennen 1980-lukua.

Ja silloin se kehittyi paitsi taulukkomäärittelyksi myös parametriksi, jonka monet kuluttajat alkoivat vaatia FET: n testaamista ennen laitteen välittämistä tuotantoon, varsinkin jos MOSFET on suunniteltu virtalähteeksi tai kytkentätoteutukseksi.

Siksi vasta 1980-luvun jälkeen lumivyöryparametri alkoi näkyä lomakkeissa, ja sitten ylennysteknikot alkoivat ymmärtää, että mitä suurempi lumivyöryluokka oli, sitä kilpailukykyisempi laite näytti olevan.

Insinöörit alkoivat määrittää tekniikoita kokeilemaan parametria säätämällä muutamia muuttujia, joita käytettiin testausprosessissa.

Yleisesti ottaen mitä suurempi lumivyöryenergia, sitä kestävämmäksi ja vahvemmaksi MOSFET muuttuu. Siksi suurempi lumivyöryluokitus edustaa vahvempia MOSFET-ominaisuuksia.

Useimmissa FET-taulukoissa lumivyöryparametri sisältyy yleensä niiden absoluuttisten maksimiarvojen taulukkoon, joka löytyy suoraan tietolomakkeen aloitussivulta. Erityisesti voit tarkastella parametreja, jotka on kirjoitettu Avalanche Current ja Avalanche Energy, Eas.

Siksi taulukoissa MOSFET Avalanche Energy esitetään energiamääränä, jonka MOSFET pystyy sietämään, kun sille suoritetaan lumivyörytesti tai kun MOSFETin suurin rikkoutumisjännitearvo ylitetään.

Lumivyöryvirta ja UIS

Tämä suurin rikkoutumisjänniteluokitus määritetään lumivyörien virtatestillä, joka suoritetaan puristamattomalla induktiivisella kytkentätestillä tai UIS-testillä.

Siksi, kun insinöörit keskustelevat UIS-virrasta, he saattavat viitata lumivyöryvirtaan.

Lukitsematon induktiivinen kytkentätesti suoritetaan virran ja siten lumivyöryenergian selvittämiseksi, joka voi laukaista MOSFET-vian.

Kuten aiemmin mainittiin, nämä suuruudet tai arvot riippuvat suuresti testauseritelmistä, erityisesti testin aikana sovelletusta induktorin arvosta.

Testaa asetukset

Seuraava kaavio esittää standardin mukaista UIS-testipiiriä.

Siten näemme jännitesyötön sarjassa induktorin L kanssa, joka on myös sarjassa testattavan MOSFETin kanssa. Voimme myös nähdä FET-portin ohjaimen, jonka lähtö on sarjaan FET-portin vastuksen R kanssa.

Alla olevasta kuvasta löytyy LTC55140-ohjainlaite, jota käytetään Texas Instrument -laboratoriossa FET: n UIS-ominaisuuksien arvioimiseksi.

UIS-ominaisuus auttaa myöhemmin selvittämään FET-tietolomakkeen luokituksen, mutta myös arvon, jota käytetään FET-skannaukseen lopullisessa testausmenettelyssä.

Työkalun avulla voidaan säätää kuorman induktoriarvoa 0,2-160 millihuntaa. Se mahdollistaa testattavan MOSFET-laitteen tyhjennysjännitteen säätämisen 10: stä 150 volttiin.

Tämän seurauksena on mahdollista seuloa jopa ne FET: t, jotka on luokiteltu käsittelemään vain 100 voltin rikkoutumisjännitettä. Ja on mahdollista käyttää tyhjennysvirtaa välillä 0,1-200 ampeeria. Ja tämä on UIS-virtaväli, jonka FET voi joutua sietämään testausmenettelyn aikana.

Lisäksi työkalu mahdollistaa MOSFET-kotelolämpötilojen eri alueiden asettamisen välillä -55 - +150 astetta.

Testausmenettelyt

Tavallinen UIS-testi toteutetaan 4 vaiheen kautta, kuten seuraava kuva osoittaa:

Ensimmäinen vaihe käsittää vuotoa edeltävän testin, jossa syöttöjännite kumoaa FET-viemärin. Pohjimmiltaan ajatuksena on yrittää varmistaa, että FET toimii normaalilla odotetulla tavalla.

Näin ollen ensimmäisessä vaiheessa FET pidetään kytkettynä pois päältä. Se pitää syöttöjännitteen tukossa daim-emitteriliittimien läpi kokematta minkäänlaista liiallista vuotovirtaa sen läpi.

Toisessa vaiheessa, joka tunnetaan lumivyörien nousuna, FET kytketään päälle, mikä aiheuttaa sen tyhjennysjännitteen laskemisen. Tämän seurauksena virta kasvaa vähitellen induktorin läpi vakiona di / dt. Joten periaatteessa tässä vaiheessa induktorin annetaan ladata.

Kolmannessa vaiheessa suoritetaan varsinainen lumivyörytesti, jossa FET altistetaan käytännössä lumivyörylle. Tässä vaiheessa FET kytketään pois päältä poistamalla sen porttivirhe. Tämän seurauksena induktorin läpi kulkee massiivinen di / dt, joka saa FET-tyhjennysjännitteen ampumaan korkealle FET: n hajoamisjänniterajan yläpuolelle.

Tämä pakottaa FET: n käymään läpi lumivyöryn. Tässä prosessissa FET absorboi koko kelan tuottaman energian ja pysyy suljettuna, kunnes 4. vaihe suoritetaan, mukaan lukien vuototesti

Tässä neljännessä vaiheessa FET: lle suoritetaan jälleen toistuva lumivyöritesti varmistaakseen, käyttäytyykö MOSFET edelleen normaalisti vai ei. Jos se tapahtuu, FET: n katsotaan läpäisevän lumivyörytestin.

Seuraavaksi FET: n on suoritettava yllä oleva testi vielä monta kertaa, jolloin UIS-jännitetasoa nostetaan vähitellen jokaisen testin kanssa, kunnes taso, jolla MOSFET ei kykene kestämään ja epäonnistuu vuototestin jälkeen. Tämän nykyisen tason todetaan olevan MOSFETin suurin UIS-virran kestävä kyky.

MOSFET-lumivyöryenergian laskeminen

Kun MOSFETin suurin UIS-virran käsittelykapasiteetti on saavutettu, jolloin laite hajoaa, insinööreille on paljon helpompaa arvioida energiamäärä, joka haihtuu FET: n läpi lumivyöryprosessin aikana.

Olettaen, että koko kelaan varastoitu energia hajotettiin MOSFETiin lumivyöryn aikana, tämä energian suuruus voidaan määrittää käyttämällä seuraavaa kaavaa:

ONKUTEN= 1 / 2L x IOFkaksi

ONKUTENantaa meille induktorin sisään varastoidun energian suuruuden, joka on yhtä suuri kuin 50% induktanssiarvosta kerrottuna induktorin läpi virtaavalla virralla.

Lisäksi havaittiin, että kun induktoriarvoa nostettiin, MOSFET-hajoamisesta vastuussa olevan virran määrä tosiasiallisesti pieneni.

Tämä induktorin koon kasvu tosiasiallisesti kompensoi tämän virran vähenemisen yllä olevassa energiakaavassa siten, että energia-arvo kirjaimellisesti kasvaa.

Lumivyöryenergia vai lumivyöryvirta?

Nämä ovat kaksi parametria, jotka voivat hämmentää kuluttajia samalla kun tarkistetaan MOSFET-tietolomake lumivyöryluokituksen suhteen.

Tekijänoikeus © Texas Instruments Incorporated

Monet MOSFET-valmistajista testaavat MOSFETiä tarkoituksella suuremmilla induktoreilla, jotta ne voivat ylpeillä suuremmalla lumivyöryenergian voimakkuudella, luoden vaikutelman, että MOSFET on testattu kestämään valtavia lumivyöryenergiaa, ja siksi sillä on suurempi kestävyys lumivyöryille.

Mutta yllä oleva menetelmä suuremman induktorin käyttämiseksi näyttää harhaanjohtavalta, juuri siksi Texas Instrumentsin insinöörit testaavat pienemmällä induktanssilla luokkaa 0,1 mH, niin että testattavaan MOSFETiin kohdistuu korkeampi lumivyöryvirta ja äärimmäiset rikkoutumisjännitetasot.

Joten taulukoissa ei ole lumivyöryenergian, pikemminkin lumivyöryvirran, jonka pitäisi olla määrältään suurempi, mikä näyttää paremman MOSFET-kestävyyden.

Tämä tekee viimeisestä testauksesta erittäin tiukan ja mahdollistaa mahdollisimman monien heikompien MOSFET-suodattimien suodattamisen.

Tätä testiarvoa ei käytetä vain lopullisena arvona ennen FET-asettelun siirtämistä tuotannolle, mutta tämä on myös arvo, joka syötetään taulukkoon.

Seuraavassa vaiheessa yllä oleva testiarvo lasketaan 65%, jotta loppukäyttäjä voi saada laajemman toleranssimarginaalin MOSFET-laitteilleen.

Joten esimerkiksi, jos testattu lumivyöryvirta oli 125 ampeeria, datalehteen syötetty lopullinen arvo sattuu olemaan 81 ampeeria alentamisen jälkeen.

MOSFET-lumivyöryvirta vs lumivyöryssä käytetty aika

Toinen parametri, joka liittyy teho-MOSFETiin ja mainitaan taulukoissa, erityisesti sovellusten vaihtamiseen suunnitelluille MOSFET-laitteille, on lumivyörien nykyinen kapasiteetti vs. lumivyöryissä käytetty aika. Tämä parametri näytetään normaalisti MOSFETin kotelon lämpötilan ollessa 25 astetta. Testauksen aikana kotelon lämpötila nousee 125 asteeseen.

Tässä tilanteessa MOSFETin MOSFETin kotelolämpötila nousee hyvin lähelle MOSFETin piimuotin todellista liitoslämpötilaa.

Tässä menettelyssä laitteen liitoslämpötilan noustessa voit odottaa tietyn määrän hajoamista, joka on melko normaalia? Jos tulos kuitenkin osoittaa korkean hajoamistason, se voi osoittaa merkkejä luonnostaan ​​heikosta MOSFET-laitteesta.

Siksi suunnittelun näkökulmasta yritetään varmistaa, että hajoaminen ei ylitä yli 30% lämpötilan noustessa 25-125 asteeseen.

Kuinka suojata MOSFETia lumivyöryvirralta

Kuten olemme oppineet yllä olevista keskusteluista, MOSFETien lumivyöry kehittyy johtuen suurjännitteisestä induktiivisesta takaisin EMF: stä, joka vaihtaa MOSFETin kehodiodin kautta.

Jos tämä taajuusmuuttajan jännite ylittää kehodiodin maksimiarvon, se aiheuttaa laitteessa äärimmäistä lämmöntuotosta ja sitä seuraavia vaurioita.

Tämä tarkoittaa, että jos induktiivisen EMF-jännitteen annetaan kulkea sopivan mitoitetun ohitusdiodin läpi, FET: n tyhjennys-emitterin poikki voi auttaa estämään lumivyöryilmiön.

Seuraava kaavio ehdottaa ulkoisen tyhjennys-emitteridiodin lisäämisen vakiomallia MOSFETin sisäisen runkodiodin vahvistamiseksi.

Kohteliaisuus: MOSFET-lumivyöry




Pari: Hukkaan menneen kipinän muuntaminen peräkkäisiksi kipinöiksi korkean hyötysuhteen polttamiseksi Seuraava: Yksinkertainen online-UPS-piiri