MOSFET Çığ Derecelendirmesini, Testini ve Korumasını Anlamak

MOSFET Çığ Derecelendirmesini, Testini ve Korumasını Anlamak

Bu yazıda, MOSFET çığ derecelendirmelerini tartışıyoruz ve bu derecelendirmenin veri sayfasındaki doğru şekilde nasıl anlaşılacağını, parametrenin üretici tarafından nasıl test edildiğini ve MOSFET'leri bu fenomenden korumak için önlemleri öğreniyoruz.

Çığ parametresi yalnızca cihazların sağlamlığını doğrulamaya yardımcı olmakla kalmaz, ayrıca daha zayıf MOSFET'leri veya daha duyarlı olanları veya arıza riski taşıyanları filtrelemeye yardımcı olur.



MOSFET Çığ Derecelendirmesi nedir

MOSFET çığ derecesi, bir MOSFET'in tahliye kaynağı voltajı maksimum arıza voltajı (BVDSS) sınırını aştığında dayanabileceği maksimum tolere edilebilir enerjidir (milijoule).



Bu olay normalde, boşaltma terminali boyunca endüktif yük ile MOSFET anahtarlama devrelerinde meydana gelir.

Anahtarlama döngülerinin AÇIK dönemlerinde, indüktör şarj olur ve KAPALI dönemlerde indüktör, depolanan enerjisini MOSFET'in kaynak tahliyesi boyunca geri EMF şeklinde serbest bırakır.



Bu ters voltaj, MOSFET'in gövde diyotundan geçerek yolunu bulur ve değeri cihazın maksimum tolere edilebilir sınırını aşarsa, cihazda hasara veya kalıcı hasara neden olacak şekilde cihaz içinde yoğun ısı oluşmasına neden olur.

MOSFET Çığ Ne Zaman Tanıtıldı

Çığ Enerjisi ve UIS (kısaltılmamış endüktif anahtarlama) akımı parametresi aslında 1980'lerden önce MOSFET veri sayfalarına dahil edilmiyordu.

Ve işte o zaman sadece bir veri sayfası spesifikasyonuna değil, birçok tüketicinin FET'in cihazı üretim için geçmeden önce test edilmesini talep etmeye başladığı bir parametreye dönüştü, özellikle de MOSFET güç kaynağı veya anahtarlama uygulamaları için tasarlanıyorsa.



Bu nedenle çığ parametresi veri sayfalarında görünmeye ancak 1980'lerden sonra başladı ve ardından terfi teknisyenleri çığ derecesi ne kadar büyükse, cihazın o kadar rekabetçi göründüğünü anlamaya başladılar.

Mühendisler, test sürecinde kullanılan değişkenlerinden birkaçını değiştirerek parametreyi denemek için teknikler belirlemeye başladı.

Genel olarak konuşursak, çığ enerjisi ne kadar büyükse, MOSFET o kadar dayanıklı ve güçlü hale gelir. Bu nedenle, daha büyük çığ oranı, daha güçlü MOSFET özelliklerini temsil eder.

Çoğu FET veri sayfası normalde, çığ parametresini, doğrudan veri sayfasının giriş sayfasında bulunan Mutlak Maksimum Puan Tablosunda içerecektir. Özellikle burada Çığ Akıntısı ve Çığ Enerjisi, Doğu olarak yazılan parametreleri görüntüleyebilirsiniz.

Bu nedenle, veri sayfalarında MOSFET Avalanche Energy, MOSFET'in çığ testine tabi tutulurken veya MOSFET'in maksimum arıza voltajı aşıldığında tolere edebileceği enerji miktarı olarak sunulur.

Çığ Akımı ve UIS

Bu maksimum arıza voltajı değeri, Bağlantısız Endüktif Anahtarlama testi veya UIS testi ile gerçekleştirilen Çığ Akımı Testi ile belirlenir.

Bu nedenle, mühendisler UIS akımı hakkında tartıştıklarında, Çığ Akımına atıfta bulunuyor olabilirler.

Akımı ve dolayısıyla MOSFET arızasını tetikleyebilecek çığ enerjisini bulmak için Kenetlenmemiş Endüktif Anahtarlama testi gerçekleştirilir.

Daha önce de belirtildiği gibi, bu büyüklükler veya derecelendirmeler büyük ölçüde test özelliklerine, özellikle de test sırasında uygulanan indüktör değerine bağlıdır.

Test kurulumu

Aşağıdaki diyagram, standart bir UIS test devresi kurulumunu göstermektedir.

Bu nedenle, test edilen MOSFET ile de seri olan bir indüktör L ile seri olarak bir voltaj kaynağı görüyoruz. Çıkışı bir FET geçit direnci R ile seri olan FET için bir kapı sürücüsü de görebiliriz.

Aşağıdaki görüntüde, FET'in UIS özelliklerini değerlendirmek için Texas Instrument laboratuvarında kullanılan LTC55140 kontrol cihazını bulduk.

UIS özelliği daha sonra yalnızca FET veri sayfası derecelendirmesini bulmakla kalmaz, aynı zamanda son test prosedüründe FET'i taramak için kullanılan değeri de bulmaya yardımcı olur.

Araç, yük indüktör değerinin 0,2 ila 160 milihenri arasında ayarlanmasına izin verir. Test edilen MOSFET'in boşaltma voltajının 10 ila 150 volt arasında ayarlanmasına izin verir.

Bu, sonuç olarak, yalnızca 100 volt arıza gerilimini işleyecek şekilde derecelendirilmiş FET'lerin bile taranmasını mümkün kılar. Ve 0,1 ila 200 amper arasında boşaltma akımları uygulamak mümkün hale gelir. Ve bu, FET'in test prosedürü sırasında tolere etmesi gerekebilecek UIS akım aralığıdır.

Ek olarak araç, -55 ila +150 derece arasında farklı MOSFET kasa sıcaklıkları aralıklarının ayarlanmasına izin verir.

Test Prosedürleri

Standart UIS testi, aşağıdaki resimde gösterildiği gibi 4 aşamada uygulanır:

İlk aşama, besleme voltajının FET tahliyesini önlediği ön sızıntı testinden oluşur. Temel olarak, buradaki fikir, FET'in normal beklenen şekilde performans göstermesini sağlamaya çalışmaktır.

Böylece ilk aşamada FET kapalı tutulur. İçinden akan herhangi bir aşırı kaçak akımla karşılaşmadan arka plan yayıcı terminalleri boyunca besleme gerilimini bloke eder.

Çığ Akımı yükselmesi olarak bilinen ikinci aşamada, FET açılır ve bu da boşaltma voltajının düşmesine neden olur. Bu, akımın sabit bir di / dt ile indüktör boyunca kademeli olarak artmasına neden olur. Yani temel olarak bu aşamada indüktörün şarj olmasına izin verilir.

Üçüncü aşamada, FET'in pratik olarak çığa maruz kaldığı gerçek çığ testi gerçekleştirilir. Bu aşamada FET, geçit önyargısı kaldırılarak kapatılır. Bu, indüktörden geçen büyük bir di / dt ile sonuçlanır ve FET boşaltma voltajının FET'in arıza voltaj limitinin üzerine çıkmasına neden olur.

Bu, FET'i çığ dalgalanmasından geçmeye zorlar. Bu süreçte FET, indüktör tarafından üretilen tüm enerjiyi emer ve sızıntı sonrası testi içeren 4. aşama gerçekleştirilinceye kadar kapalı kalır.

Bu dördüncü aşamada FET, MOSFET'in hala normal şekilde davranıp davranmadığından emin olmak için bir kez daha çığ testine tabi tutulur. Varsa, FET çığ testini geçmiş sayılır.

Daha sonra, FET'in yukarıdaki testten birçok kez geçmesi gerekir; burada UIS voltaj seviyesi, MOSFET'in dayanamayacağı ve sızıntı sonrası testi geçemediği seviyeye kadar her testte kademeli olarak artırılır. Ve bu mevcut seviyenin, MOSFET'in maksimum UIS akımına dayanma kapasitesi olduğu belirtilmektedir.

MOSFET Avalanche Enerjisinin Hesaplanması

Cihazın bozulduğu MOSFET'in maksimum UIS akım işleme kapasitesi gerçekleştirildiğinde, mühendislerin çığ işlemi sırasında FET aracılığıyla harcanan enerji miktarını tahmin etmesi çok daha kolay hale gelir.

İndüktörde depolanan tüm enerjinin çığ sırasında MOSFET'e dağıtıldığı varsayılırsa, bu enerji büyüklüğü aşağıdaki formül kullanılarak belirlenebilir:

DIR-DİRGİBİ= 1 / 2L x ININ-NİNiki

DIR-DİRGİBİbize indüktörden akan akımın karesiyle çarpılan indüktans değerinin% 50'sine eşit olan indüktör içinde depolanan enerjinin büyüklüğünü verir.

Dahası, indüktör değeri arttıkça, MOSFET arızasından sorumlu olan akım miktarının gerçekte azaldığı gözlemlendi.

Bununla birlikte, indüktör boyutundaki bu artış, aslında, yukarıdaki enerji formülündeki akımdaki bu azalmayı, enerji değerinin kelimenin tam anlamıyla artacağı şekilde dengelemektedir.

Çığ Enerjisi mi yoksa Çığ Akımı mı?

Bunlar, çığ değerlendirmesi için bir MOSFET veri sayfasını kontrol ederken tüketicilerin kafasını karıştırabilecek iki parametredir.

Telif Hakkı © Texas Instruments Incorporated

MOSFET üreticilerinin çoğu, MOSFET'i kasıtlı olarak daha büyük indüktörlerle test eder, böylece daha büyük bir çığ enerjisi büyüklüğüne sahip olabilirler, MOSFET'in büyük çığ enerjilerine dayanmak için test edildiği ve bu nedenle çığa karşı daha fazla dayanıklılığa sahip olduğu izlenimi yaratırlar.

Ancak, daha büyük indüktör kullanmanın yukarıdaki yöntemi yanıltıcı görünüyor, tam da bu yüzden Texas Instruments mühendisleri 0.1 mH civarında daha küçük endüktans ile test ediyor, böylece test edilen MOSFET daha yüksek Çığ akımı ve aşırı arıza stres seviyelerine maruz kalıyor.

Dolayısıyla, veri sayfalarında, daha iyi MOSFET sağlamlığı gösteren, miktar olarak daha büyük olması gereken Çığ enerjisi değil, Çığ akımıdır.

Bu, son testi oldukça katı hale getirir ve mümkün olduğunca çok sayıda zayıf MOSFET'in filtrelenmesini sağlar.

Bu test değeri sadece üretim için FET düzenine geçilmeden önceki nihai değer olarak kullanılmaz, aynı zamanda veri sayfasına girilen değerdir.

Bir sonraki adımda, yukarıdaki test değeri% 65 oranında düşürülür, böylece son kullanıcı MOSFET'leri için daha geniş bir tolerans marjı elde edebilir.

Örneğin, test edilen çığ akımı 125 Amper ise, veri sayfasına girilen son değer, değer kaybı sonrasında 81 Amper olur.

MOSFET Çığ Akımı ve Çığda Harcanan Zaman

Güç MOSFET ile ilişkili olan ve veri sayfalarında, özellikle uygulamaları anahtarlamak için tasarlanmış MOSFET'ler için bahsedilen bir diğer parametre, Çığda Harcanan Zamana karşı Çığ Akımı Yeteneğidir. Bu parametre normalde MOSFET'in 25 derecedeki kasa sıcaklığına göre gösterilir. Test sırasında kasa sıcaklığı 125 dereceye çıkarıldı.

Bu durumda, MOSFET'in MOSFET kasa sıcaklığı, MOSFET'in silikon kalıbının gerçek bağlantı sıcaklığına çok yaklaşır.

Bu prosedürde, cihazın bağlantı sıcaklığı arttıkça, oldukça normal olan belirli bir miktarda bozulma görmeyi bekleyebilirsiniz. Bununla birlikte, sonuç yüksek düzeyde bir bozulma gösteriyorsa, bu doğal olarak zayıf bir MOSFET cihazının belirtilerini gösterebilir.

Bu nedenle tasarım açısından bakıldığında, oda sıcaklığında 25 ila 125 derecelik bir artış için bozulmanın% 30'u aşmamasını sağlamak için bir girişimde bulunulur.

MOSFET Çığ Akımından Nasıl Korunur?

Yukarıdaki tartışmalardan öğrendiğimiz gibi, MOSFET'lerdeki çığ, MOSFET'in vücut diyotu aracılığıyla yüksek voltaj endüktif geri EMF geçişi nedeniyle gelişmiştir.

Bu geri EMF voltajı, vücut diyotunun maksimum değerini aşarsa, cihazda aşırı ısı oluşumuna ve ardından hasara neden olur.

Bu, endüktif EMF voltajının uygun şekilde derecelendirilmiş harici bir baypas diyotundan geçmesine izin verilirse, FET'in boşaltma yayıcısı boyunca çığ fenomeninin önlenmesine yardımcı olabileceği anlamına gelir.

Aşağıdaki diyagram, MOSFET'in iç gövde diyotunu güçlendirmek için harici bir boşaltma yayıcı diyot eklemenin standart tasarımını önermektedir.

Nezaket: MOSFET Çığ




Önceki: Yüksek Verimli Yanma İçin Atık Kıvılcım Ateşlemesini Sıralı Kıvılcıma Dönüştürme Sonraki: Basit Çevrimiçi UPS Devresi