Wyjaśnienie każdego parametru tranzystorów MOSFET mocy

Maksymalne napięcie dren-źródło VDSS

Przy zwarciu źródła bramki napięcie znamionowe dren-źródło (VDSS) to maksymalne napięcie, które można przyłożyć do źródła drenu bez przebicia lawinowego. W zależności od temperatury rzeczywiste napięcie przebicia lawinowego może być niższe niż znamionowe napięcie VDSS. Szczegółowy opis V(BR)DSS można znaleźć w artykule Elektrostatyka

Szczegółowy opis V(BR)DSS można znaleźć w artykule Charakterystyka elektrostatyczna.

Maksymalne napięcie źródła bramki VGS

Napięcie znamionowe VGS to maksymalne napięcie, jakie można przyłożyć pomiędzy biegunami źródła bramki. Głównym celem ustawienia tego napięcia znamionowego jest zapobieganie uszkodzeniu tlenku bramki spowodowanemu nadmiernym napięciem. Rzeczywiste napięcie, jakie wytrzymuje tlenek bramki, jest znacznie wyższe niż napięcie znamionowe, ale będzie się różnić w zależności od procesu produkcyjnego.

Rzeczywisty tlenek bramki może wytrzymać znacznie wyższe napięcia niż napięcie znamionowe, ale będzie się to różnić w zależności od procesu produkcyjnego, więc utrzymywanie VGS w zakresie napięcia znamionowego zapewni niezawodność aplikacji.

ID - Ciągły prąd upływowy

ID definiuje się jako maksymalny dopuszczalny ciągły prąd stały przy maksymalnej znamionowej temperaturze złącza, TJ(max) i temperaturze powierzchni rury wynoszącej 25°C lub wyższej. Parametr ten jest funkcją znamionowego oporu cieplnego pomiędzy złączem a obudową, RθJC i temperatury obudowy:

Straty przełączania nie są uwzględnione w identyfikatorze, a w praktyce trudno jest utrzymać temperaturę powierzchni rury na poziomie 25°C (Tcase). Dlatego rzeczywisty prąd przełączania w zastosowaniach wymagających twardego przełączania jest zwykle mniejszy niż połowa wartości znamionowej ID @ TC = 25°C, zwykle w zakresie od 1/3 do 1/4. uzupełniający.

Dodatkowo można oszacować ID w określonej temperaturze, jeśli zastosuje się opór cieplny JA, co jest wartością bardziej realistyczną.

IDM – impulsowy prąd drenu

Parametr ten odzwierciedla ilość prądu pulsacyjnego, jaki może obsłużyć urządzenie, która jest znacznie większa niż ciągły prąd stały. Celem zdefiniowania IDM jest: obszar omowy linii. Dla określonego napięcia bramka-źródło,MOSFETprzewodzi przy obecnym maksymalnym prądzie drenu

aktualny. Jak pokazano na rysunku, dla danego napięcia bramka-źródło, jeśli punkt pracy znajduje się w obszarze liniowym, wzrost prądu drenu podnosi napięcie dren-źródło, co zwiększa straty przewodzenia. Długotrwała praca przy dużej mocy spowoduje awarię urządzenia. Z tego powodu

Dlatego nominalny IDM należy ustawić poniżej zakresu przy typowych napięciach napędu bramki. Punkt odcięcia regionu znajduje się na przecięciu Vgs i krzywej.

Dlatego należy ustawić górną granicę gęstości prądu, aby zapobiec nadmiernemu nagrzaniu i wypaleniu chipa. Ma to zasadniczo na celu zapobieganie nadmiernemu przepływowi prądu przez przewody pakietu, ponieważ w niektórych przypadkach „najsłabszym połączeniem” w całym chipie nie jest chip, ale przewody pakietu.

Biorąc pod uwagę ograniczenia efektów termicznych na IDM, wzrost temperatury zależy od szerokości impulsu, odstępu czasu między impulsami, rozpraszania ciepła, RDS (wł.) oraz kształtu fali i amplitudy prądu impulsowego. Samo stwierdzenie, że prąd impulsu nie przekracza limitu IDM, nie gwarantuje, że temperatura złącza

nie przekracza maksymalnej dopuszczalnej wartości. Temperaturę złącza pod wpływem prądu pulsacyjnego można oszacować, odwołując się do omówienia przejściowego oporu cieplnego w części Właściwości termiczne i mechaniczne.

PD – całkowite dopuszczalne rozproszenie mocy w kanale

Całkowite dopuszczalne rozproszenie mocy w kanale kalibruje maksymalne rozproszenie mocy, które może zostać rozproszone przez urządzenie i może być wyrażone jako funkcja maksymalnej temperatury złącza i rezystancji termicznej w temperaturze obudowy wynoszącej 25°C.

TJ, TSTG – Zakres temperatur otoczenia podczas pracy i przechowywania

Te dwa parametry kalibrują zakres temperatur złącza dozwolony w środowisku pracy i przechowywania urządzenia. Ten zakres temperatur jest ustawiony tak, aby zapewnić minimalną żywotność urządzenia. Zapewnienie pracy urządzenia w tym zakresie temperatur znacznie wydłuży jego żywotność.

EAS – energia rozpadu lawinowego z pojedynczym impulsem

 

Jeżeli przekroczenie napięcia (zwykle spowodowane prądem upływowym i indukcyjnością rozproszenia) nie przekracza napięcia przebicia, urządzenie nie ulegnie przebiciu lawinowemu i dlatego nie potrzebuje możliwości rozpraszania przebicia lawinowego. Energia rozpadu lawiny kalibruje przekroczenie stanu przejściowego, które urządzenie może tolerować.

Energia przebicia lawinowego określa bezpieczną wartość przejściowego napięcia przekroczenia, które urządzenie może tolerować i zależy od ilości energii, która musi zostać rozproszona, aby nastąpiło przebicie lawinowe.

Urządzenie, które określa ocenę energii rozpadu lawinowego, zwykle definiuje również ocenę EAS, która ma znaczenie podobne do oceny UIS i określa, ile energii rozpadu lawinowego może bezpiecznie pochłonąć urządzenie.

L jest wartością indukcyjności, a iD jest prądem szczytowym płynącym przez cewkę indukcyjną, który jest nagle przekształcany w prąd drenu w urządzeniu pomiarowym. Napięcie generowane na cewce przekracza napięcie przebicia MOSFET-u i spowoduje przebicie lawinowe. Kiedy nastąpi załamanie lawinowe, prąd w cewce będzie przepływał przez urządzenie MOSFET, nawet jeśliMOSFETjest wyłączony. Energia zmagazynowana w cewce jest podobna do energii zmagazynowanej w cewce rozproszonej i rozproszonej przez MOSFET.

Gdy tranzystory MOSFET są połączone równolegle, napięcia przebicia między urządzeniami nie są identyczne. Zwykle dzieje się tak, że jedno urządzenie jako pierwsze doświadcza przebicia lawinowego i wszystkie kolejne prądy przebicia lawinowego (energia) przepływają przez to urządzenie.

Ucho - Energia Powtarzającej się Lawiny

Energia powtarzalnej lawiny stała się „standardem branżowym”, jednak bez określenia częstotliwości, innych strat i wielkości chłodzenia parametr ten nie ma żadnego znaczenia. Stan rozpraszania ciepła (chłodzenia) często reguluje powtarzalną energię lawiny. Trudno także przewidzieć poziom energii wytworzonej w wyniku załamania lawiny.

Trudno także przewidzieć poziom energii wytworzonej w wyniku załamania lawiny.

Prawdziwym znaczeniem wskaźnika EAR jest kalibracja energii powtarzającego się rozpadu lawiny, którą urządzenie może wytrzymać. Definicja ta zakłada, że ​​nie ma ograniczenia częstotliwości, aby urządzenie się nie przegrzało, co jest realne w przypadku każdego urządzenia, w którym może nastąpić załamanie lawinowe.

Dobrym pomysłem jest zmierzenie temperatury działającego urządzenia lub radiatora, aby podczas weryfikacji konstrukcji urządzenia sprawdzić, czy urządzenie MOSFET nie przegrzewa się, szczególnie w przypadku urządzeń, w których prawdopodobne jest wystąpienie awarii lawinowej.

IAR – Prąd przebicia lawinowego

W przypadku niektórych urządzeń tendencja ustawionego zbocza prądu na chipie podczas przebicia lawinowego wymaga ograniczenia prądu lawinowego IAR. W ten sposób prąd lawinowy staje się „drobnym drukiem” specyfikacji energii rozpadu lawiny; ujawnia prawdziwe możliwości urządzenia.

Część II Statyczna charakterystyka elektryczna

V(BR)DSS: Napięcie przebicia dren-źródło (napięcie zniszczenia)

V(BR)DSS (czasami nazywane VBDSS) to napięcie dren-źródło, przy którym prąd płynący przez dren osiąga określoną wartość w określonej temperaturze i przy zwarciu źródła bramki. Napięcie dren-źródło jest w tym przypadku napięciem przebicia lawinowego.

V(BR)DSS jest dodatnim współczynnikiem temperaturowym, a w niskich temperaturach V(BR)DSS jest mniejsze niż maksymalne napięcie znamionowe dren-źródło w temperaturze 25°C. Przy -50°C, V(BR)DSS jest mniejsze niż maksymalne napięcie znamionowe dren-źródło przy -50°C. Przy -50°C, V(BR)DSS wynosi około 90% maksymalnego napięcia znamionowego dren-źródło przy 25°C.

VGS(th), VGS(off): Napięcie progowe

VGS(th) to napięcie, przy którym dodane napięcie źródła bramki może spowodować, że w drenie zacznie płynąć prąd lub zanik prądu po wyłączeniu tranzystora MOSFET oraz warunki testowania (prąd drenu, napięcie źródła drenu, złącze temperatura) są również określone. Zwykle wszystkie urządzenia bramkowe MOS mają inne

napięcia progowe będą inne. Dlatego też określony jest zakres zmienności VGS(th). VGS(th) jest ujemnym współczynnikiem temperaturowym, gdy temperatura wzrasta,MOSFETwłączy się przy stosunkowo niskim napięciu źródła bramki.

RDS(on): Włączony-opór

RDS(on) to rezystancja dren-źródło mierzona przy określonym prądzie drenu (zwykle połowa prądu ID), napięciu bramki-źródle i temperaturze 25°C. RDS(on) to rezystancja dren-źródło mierzona przy określonym prądzie drenu (zwykle połowa prądu ID), napięciu bramki-źródle i temperaturze 25°C.

IDSS: prąd drenu napięcia bramki zerowej

IDSS to prąd upływu między drenem a źródłem przy określonym napięciu dren-źródło, gdy napięcie bramka-źródło wynosi zero. Ponieważ prąd upływowy wzrasta wraz z temperaturą, IDSS jest zalecany zarówno dla temperatur pokojowych, jak i wysokich. Straty mocy spowodowane prądem upływowym można obliczyć, mnożąc IDSS przez napięcie między źródłami drenu, które zwykle jest pomijalne.

IGSS – Prąd upływowy źródła bramki

IGSS to prąd upływowy przepływający przez bramkę przy określonym napięciu źródła bramki.

Część III Dynamiczna charakterystyka elektryczna

Ciss: Pojemność wejściowa

Pojemność pomiędzy bramką a źródłem, mierzona sygnałem AC poprzez zwarcie drenu ze źródłem, jest pojemnością wejściową; Ciss powstaje poprzez równoległe połączenie pojemności drenu bramki, Cgd i pojemności źródła bramki, Cgs, czyli Ciss = Cgs + Cgd. Urządzenie włącza się, gdy pojemność wejściowa zostanie naładowana do napięcia progowego i wyłącza się, gdy zostanie rozładowana do określonej wartości. Dlatego obwód sterownika i Ciss mają bezpośredni wpływ na opóźnienie włączania i wyłączania urządzenia.

Coss: Pojemność wyjściowa

Pojemność wyjściowa to pojemność między drenem a źródłem mierzona sygnałem prądu przemiennego, gdy źródło bramki jest zwarte. Coss jest tworzony przez równoległe ustawienie pojemności dren-źródło Cds i pojemności bramka-dren Cgd, czyli Coss = Cds + Cgd. W zastosowaniach z miękkim przełączaniem współczynnik Coss jest bardzo ważny, ponieważ może powodować rezonans w obwodzie.

Crss: Odwrotna pojemność transferu

Pojemność mierzona pomiędzy drenem a bramką przy uziemionym źródle jest pojemnością odwrotną. Pojemność transferu zwrotnego jest równoważna pojemności drenu bramki, Cres = Cgd i często nazywana jest pojemnością Millera, która jest jednym z najważniejszych parametrów czasów narastania i opadania przełącznika.

Jest to ważny parametr dla czasów narastania i opadania przełączania, a także wpływa na czas opóźnienia wyłączenia. Pojemność maleje wraz ze wzrostem napięcia drenu, zwłaszcza pojemność wyjściowa i pojemność przesyłu zwrotnego.

Qgs, Qgd i Qg: Ładunek bramki

Wartość ładunku bramki odzwierciedla ładunek zgromadzony na kondensatorze pomiędzy zaciskami. Ponieważ ładunek kondensatora zmienia się wraz z napięciem w momencie przełączania, przy projektowaniu obwodów sterownika bramki często uwzględnia się wpływ ładunku bramki.

Qgs to ładunek od 0 do pierwszego punktu przegięcia, Qgd to część od pierwszego do drugiego punktu przegięcia (zwana także ładunkiem „Millera”), a Qg to część od 0 do punktu, w którym VGS równa się określonemu napędowi woltaż.

Zmiany prądu upływu i napięcia źródła upływu mają stosunkowo niewielki wpływ na wartość ładunku bramki, a ładunek bramki nie zmienia się wraz z temperaturą. Określono warunki testu. Wykres ładunku bramki pokazany jest w arkuszu danych, łącznie z odpowiednimi krzywymi zmian ładunku bramki dla stałego prądu upływu i zmiennego napięcia źródła upływu.

Odpowiednie krzywe zmian ładunku bramki dla stałego prądu drenu i zmiennego napięcia źródła drenu znajdują się w arkuszach danych. Na wykresie napięcie plateau VGS(pl) rośnie mniej wraz ze wzrostem prądu (i maleje wraz ze spadkiem prądu). Napięcie plateau jest również proporcjonalne do napięcia progowego, więc inne napięcie progowe spowoduje inne napięcie plateau.

woltaż.

Poniższy schemat jest bardziej szczegółowy i zastosowany:

td(on): czas opóźnienia włączenia

Czas opóźnienia włączenia to czas od momentu, gdy napięcie źródła bramki wzrasta do 10% napięcia sterującego bramką, do momentu, gdy prąd upływu wzrasta do 10% określonego prądu.

td(off): Czas opóźnienia wyłączenia

Czas opóźnienia wyłączenia to czas, jaki upływa od momentu, gdy napięcie źródła bramki spadnie do 90% napięcia sterującego bramką, do momentu, gdy prąd upływowy spadnie do 90% określonego prądu. Pokazuje opóźnienie występujące przed przeniesieniem prądu do obciążenia.

tr: Czas narastania

Czas narastania to czas potrzebny, aby prąd drenu wzrósł z 10% do 90%.

tf: Upadający czas

Czas opadania to czas potrzebny, aby prąd drenu spadł z 90% do 10%.