I dette indlæg diskuterer vi MOSFET-lavinevurderinger og lærer at forstå denne vurdering i databladet korrekt, hvordan parameteren testes af producenten og måler for at beskytte MOSFET'er fra dette fænomen.

Lavineparameteren hjælper ikke kun med at verificere enhedernes robusthed, det hjælper desuden med at filtrere svagere MOSFET'er eller dem, der er mere modtagelige eller i risiko for sammenbrud.

Hvad er MOSFET Avalanche Rating

MOSFET lavineklassificering er den maksimalt tolerante energi (millijoule), som en MOSFET kan modstå, når dens afløbsspænding overstiger den maksimale nedbrydningsspændingsgrænse (BVDSS).

Dette fænomen forekommer normalt i MOSFET-koblingskredsløb med induktiv belastning over afløbsterminalen.

Under ON-perioderne i omskiftningscyklusser oplades induktoren, og i OFF-perioderne frigiver induktoren sin lagrede energi i form af tilbage-EMF gennem kildedrænningen af MOSFET.

Denne omvendte spænding finder vej gennem MOSFET's kropsdiode, og hvis dens værdi overstiger enhedens maksimale tolerante grænse, forårsager intens varme at udvikle sig inden i enheden, der forårsager skade eller en permanent skade på enheden.

Hvornår blev MOSFET Avalanche introduceret

Parameteren Avalanche Energy og UIS (ikke fastspændt induktiv skifte) strøm var faktisk ikke inkluderet i MOSFET-datablad før 1980'erne.

Og det var, da det udviklede sig til ikke kun en databladspecifikation, men en parameter, som mange forbrugere begyndte at kræve, at FET blev testet, før de sendte enheden til produktion, især hvis MOSFET er designet til strømforsyning eller skifteimplementeringer.

Derfor var det først efter 1980'erne, at lavineparameteren begyndte at vises i databladene, og derefter begyndte forfremmelsesteknikere at forstå, at jo større lavinevurderingen var, jo mere konkurrencedygtig syntes enheden at være.

Ingeniørerne begyndte at bestemme teknikker for at eksperimentere med parameteren ved at finjustere få af dens variabler, som blev brugt til testprocessen.

Generelt er det, at jo større skredsenergien er, jo mere holdbar og stærk bliver MOSFET. Derfor repræsenterer en større lavinevægt stærkere MOSFET-egenskaber.

De fleste FET-datablad vil normalt have lavineparameteren inkluderet i deres Absolute Maximum Ratings Table, som kan findes direkte på indgangssiden i databladet. Især kan du se parametrene her skrevet som lavinestrøm og lavineenergi, let.

“hvordan ser en kondensator ud ”

Derfor præsenteres MOSFET Avalanche Energy i datablade som den mængde energi, som MOSFET er i stand til at tåle, mens den udsættes for lavintest, eller når MOSFETs maksimale nedbrydningsspænding er krydset.

Lavinestrøm og UIS

Denne maksimale klassificering for nedbrydningsspænding bestemmes gennem lavinestrømstesten, som udføres gennem en ikke-fastspændt induktiv skiftetest eller UIS-testen.

Derfor, når ingeniører diskuterer om UIS-strøm, henviser de muligvis til lavinestrømmen.

En ikke-fastspændt induktiv skiftetest udføres for at finde ud af strømmen og derved lavineenergien, der kan udløse MOSFET-svigt.

Som nævnt tidligere er disse størrelser eller klassifikationer meget afhængige af testspecifikationer, især den induktorværdi, der blev anvendt på tidspunktet for testen.

Testopsætning

Følgende diagram viser et standard UIS testkredsløb opsat.

Således ser vi en spændingsforsyning i serie med en induktor, L, som også er i serie med MOSFET under test. Vi kan også se en gate driver til FET, hvis output er i serie med en FET gate modstand R.

I nedenstående billede finder vi, LTC55140 controller-enheden, som bruges i Texas Instrument lab til at evaluere UIS-karakteristika for FET.

UIS-karakteristikken hjælper efterfølgende ikke kun med at finde ud af FET-databladet, men også den værdi, der bruges til at scanne FET i den endelige testprocedure.

Værktøjet tillader tilpasning af belastningsinduktorværdien fra 0,2 til 160 millihenries. Det gør det muligt at justere afløbsspændingen på MOSFET under test fra 10 til 150 volt.

Dette gør det som et resultat muligt at screene selv de FET'er, der er klassificeret til kun at håndtere 100 volt nedbrydningsspænding. Og det bliver muligt at anvende drænstrømme fra 0,1 til 200 ampere. Og dette er UIS-strømområdet, som FET muligvis må tåle under testproceduren.

Derudover tillader værktøjet at indstille forskellige intervaller for MOSFET-sags temperaturer fra -55 til +150 grader.

Testprocedurer

Standard UIS-testen implementeres gennem 4 trin, som illustreret i følgende billede:

Det første trin består af præ-lækagetesten, hvor forsyningsspændingen forstyrrer FET-afløbet. Grundlæggende er ideen her at forsøge at sikre, at FET fungerer på den normale forventede måde.

Således holdes FET i første fase slået fra. Det holder forsyningsspændingen blokeret over daim-emitterterminalerne uden at opleve nogen form for overdreven lækstrøm, der strømmer gennem den.

I det andet trin, der er kendt som lavinestrøm rampe op, tændes FET, hvilket får dens afløbsspænding til at falde. Dette resulterer i, at strømmen gradvist øges gennem induktoren med en konstant di / dt. Så dybest set i dette trin har induktoren lov til at oplade.

I tredje fase udføres den egentlige lavintest, hvor FET praktisk talt udsættes for lavinen. I dette trin er FET slukket ved at fjerne dens gate bias. Dette resulterer i en massiv di / dt, der kommer igennem induktoren, hvilket får FET-afløbsspændingen til at skyde højt over FET's nedbrydningsspændingsgrænse.

Dette tvinger FET til at gennemgå lavinebølgen. I denne proces absorberer FET hele den energi, der genereres af induktoren, og forbliver lukket, indtil 4. trin er udført, der involverer post lækage test

I dette 4. trin udsættes FET igen for en gentagen lavintest, bare for at være sikker på, om MOSFET stadig opfører sig normalt eller ej. Hvis det gør det, anses FET for at have bestået lavineprøven.

Dernæst skal FET gennemgå ovenstående test mange flere gange, hvor UIS-spændingsniveauet gradvist øges med hver test, indtil det niveau, hvor MOSFET ikke er i stand til at modstå og fejler post-lækage-testen. Og dette nuværende niveau bemærkes at være MOSFETs maksimale UIS-strømmodstandsevne.

Beregning af MOSFET lavineenergi

Når den maksimale UIS nuværende håndteringskapacitet for MOSFET er realiseret, ved hvilken enheden går i stykker, bliver det meget lettere for ingeniørerne at estimere den mængde energi, der ledes gennem FET under lavineprocessen.

Antages det, at hele den energi, der er lagret i induktoren, blev spredt i MOSFET under lavinen, kan denne energistørrelse bestemmes ved hjælp af følgende formel:

ER_SOM= 1/2 L x I_AF^to

ER_SOMgiver os størrelsen på den energi, der er gemt inde i induktoren, hvilket er lig med 50% af induktansværdien ganget med den nuværende kvadrat, der strømmer gennem induktoren.

Videre blev det observeret, at da induktorens værdi blev øget, faldt den strøm, der var ansvarlig for MOSFET-nedbrydningen, faktisk.

Denne stigning i induktorstørrelse opvejer imidlertid faktisk denne reduktion i strømmen i ovenstående energiformel på en måde, som energiværdien bogstaveligt talt stiger.

Lavineenergi eller lavinestrøm?

Dette er de to parametre, som kan forvirre forbrugerne, mens de kontrollerer et MOSFET-datablad for lavinebedømmelse.

Mange af MOSFET-producenterne tester bevidst MOSFET med større induktorer, så de er i stand til at prale af en større lavinergi, hvilket skaber et indtryk af, at MOSFET er testet for at modstå enorme lavineergier og derfor har en øget holdbarhed over for lavine.

Men ovenstående metode til brug af større induktor ser vildledende ud, det er netop derfor Texas Instruments ingeniører, der tester med mindre induktans i størrelsesordenen 0,1 mH, så MOSFET under test udsættes for højere lavinestrøm og ekstreme nedbrydningsspændingsniveauer.

Så i datablade er det ikke lavineenergien, snarere lavinestrømmen, der skal være større i mængde, der viser bedre MOSFET-robusthed.

Dette gør den endelige test meget streng og muliggør filtrering af så mange svagere MOSFET'er som muligt.

Denne testværdi bruges ikke kun som den endelige værdi, før FET-layoutet sendes til produktionen, men det er også den værdi, der indtastes i databladet.

I det næste trin nedsættes den ovennævnte testværdi med 65%, så slutbrugeren er i stand til at få en større tolerancemargin for deres MOSFET'er.

Så for eksempel, hvis den testede lavine strøm var 125 ampere, er den endelige værdi, der indtastes i databladet tilfældigvis 81 ampere efter derating.

MOSFET Lavinestrøm vs tid brugt i lavine

En anden parameter, der er forbundet med strøm MOSFET og nævnt i datablad, især for MOSFET'er designet til at skifte applikationer, er lavinestrømkapaciteten versus tid brugt i lavine. Denne parameter vises normalt med hensyn til MOSFETs sags temperatur ved 25 grader. Under testen hæves sags temperaturen til 125 grader.

I denne situation kommer MOSFETs sags temperatur på MOSFET meget tæt på den aktuelle forbindelsestemperatur for MOSFETs siliciumform.

I denne procedure, når enhedens forbindelsestemperatur øges, kan du forvente at se en vis nedbrydning, som er helt normal? Men hvis resultatet viser et højt niveau af nedbrydning, kan det indikere tegn på en iboende svag MOSFET-enhed.

Derfor designes der et forsøg på at sikre, at nedbrydningen ikke overstiger 30% for en stigning i sags temperatur fra 25 til 125 grader.

Sådan beskyttes MOSFET mod lavinestrøm

Som vi lærte af ovenstående diskussioner, lavine i MOSFET'er udvikles på grund af højspændingsinduktiv tilbage EMF-skift gennem MOSFETs kropsdiode.

Hvis denne tilbage-EMF-spænding overstiger kroppens diodes maksimale værdi, forårsager ekstrem varmeudvikling i enheden og efterfølgende beskadigelse.

Dette indebærer, at hvis den induktive EMF-spænding får lov til at passere gennem en ekstern, passende nominel bypass-diode, kan FET's afløbs-emitter hjælpe med at afværge lavinefænomenet.

Følgende diagram foreslår standarddesignet for tilføjelse af en ekstern dræn-emitter-diode til forstærkning af MOSFET's indre kropsdiode.