W poprzednim artykule skupiliśmy się na parametrach opisujących jak zjawisko lawinowe w strukturze tranzystora MOSFT przyczynia się do jego uszkodzenia.
Najwięcej pytań, jakie zadają firmom klienci, dotyczy bezpiecznego zakresu użytkowania tranzystora FET, tak zwanego wykresu SOA. Podobnym zainteresowaniem cieszą się dane dotyczące ograniczeń prądowych tranzystora, ale to będzie tematem kolejnego artykułu z cyklu. Krzywe SOA to bardzo trudna do ścisłego omówienia kwestia, gdyż każdy producent w inny sposób je wyznaczy, przez co przydatność zawartej w karcie katalogowej krzywej SOA jest wprost proporcjonalna do umiejętności analizy tych krzywych przez inżyniera czytającego kartę katalogową. Jakkolwiek informacje zawarte w krzywej SOA są najbardziej użyteczne dla aplikacji tranzystorów FET w systemach gorącego przełączania, gdzie pracują one w zakresie swojej pracy liniowej, to inżynierowie projektujący oparte o MOSFETy zasilacze czy sterowniki silników elektrycznych zaczynają wykorzystywać krzywe SOA jako wyznaczniki niezawodoności FETa i możliwość jego pracy z dużymi mocami.
Cała krzywa SOA, wykorzystywana w kartach katalogowych Texas Instruments oparta jest o pięć głównych czynników ograniczających możliwość bezpiecznej pracy tranzystora. Każdy z tych czynników ma wpływ na kształt krzywej SOA, jak pokazano na rysunku pierwszym. Na rysunku tym zaprezentowano dane z karty katalogowej układu CSD19536KTT. Cztery z tych czynników można wyliczyć z podstawowych parametrów tranzystora, takich jak RDS(on), ograniczenie prądowe, maksymalna moc i ograniczenie napięcia BVDSS. Jedynie ograniczenia związane z niestabilnością termiczną tranzystorów trzeba oszacować lub zmierzyć. Fragment krzywej SOA, gdzie odchyla się ona od limitu stałej mocy, tzn od prostej krzywej o współczynniku nachylenia równym -1 na wykresie prądu w funkcji napięcia pokazanego w skali logarytmicznej jest miejscem gdzie widoczne jest odchylenie termiczne. Im bardziej nachylona jest ta krzywa tym bardziej MOSFETjest skłonny do wejścia w rejon tzw. thermal runway z wyższym napięciem przebicia. Zjawisko to związane jest z tym, że parametry elektryczne MOSFETa w pewnej temperaturze zmieniają się w sposób powodujący jeszcze mocniejsze grzanie się elementu. Obliczanie wartości z tym związanych przez producentów tranzystorów FET zazwyczaj kończy się mocnym niedoszacowaniem lub przeszacowanie tych wartości. Nie ma możliwości wyznaczenia w sposób precyzyjny nachylenia krzywej SOA w tym miejscu, dlatego też konieczny jest pomiar tego nachylenia.
Laboratoria firmy Texas Instruments wyposażone są w jeden z najpotężniejszych testerów SOA na rynku. Jest on w stanie przepuścić przez tranzystor kilowaty mocy w impulsach trwających nawet 100 µs. Aby wyznaczyć krzywą SOA MOSFETy są literalnie zabijane jeden po drugim - każdy punkt na zaprezentowanym na rysunku drugim wykresie odpowiada jednemu uszkodzonemu podczas pomiarów elementowi. Z tego rodzaju pomiarów można wywnioskować informacje o kształcie tego fragmentu krzywej SOA.
Jako ostateczna gwarancje, że otrzymane krzywe SOA odpowiadać będą rzeczywistości i zapewnią bezawaryjną pracę tranzystora krzywe zaniżane są o około 30..40%, zależnie od tego jaki obserwuje się rozrzut wśród elementów. Trzeba być świadomym, że nie wszystkie firmy stosują tego rodzaju zabiegi. W szeregu przypadków zmierzone punkty na krzywej SOA publikowane są w karcie katalogowej jako gwarantowane, a jako że nie ma żadnego przyjętego standardu wyznaczania tych parametrów to nigdy nie wiadomo czego się spodziewać - często porównanie samych tylko krzywych SOA nie jest w stanie udzielić odpowiedzi jaki element będzie wytrzymalszy.
W kolejnej części cyklu zajmiemy się drugim istotnym dla MOSFETów parametrem - ograniczeniami prądu płynącego przez tranzystor. Jest to parametr który zawsze znajduje się na pierwszej stronie karty katalogowej, ale nie do końca wiadomo jak jest to wyznaczane i jakie jest praktyczne jego znaczenie.
Źródło:
https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archiv...a-sheets-part-2-safe-operating-area-soa-graph
Najwięcej pytań, jakie zadają firmom klienci, dotyczy bezpiecznego zakresu użytkowania tranzystora FET, tak zwanego wykresu SOA. Podobnym zainteresowaniem cieszą się dane dotyczące ograniczeń prądowych tranzystora, ale to będzie tematem kolejnego artykułu z cyklu. Krzywe SOA to bardzo trudna do ścisłego omówienia kwestia, gdyż każdy producent w inny sposób je wyznaczy, przez co przydatność zawartej w karcie katalogowej krzywej SOA jest wprost proporcjonalna do umiejętności analizy tych krzywych przez inżyniera czytającego kartę katalogową. Jakkolwiek informacje zawarte w krzywej SOA są najbardziej użyteczne dla aplikacji tranzystorów FET w systemach gorącego przełączania, gdzie pracują one w zakresie swojej pracy liniowej, to inżynierowie projektujący oparte o MOSFETy zasilacze czy sterowniki silników elektrycznych zaczynają wykorzystywać krzywe SOA jako wyznaczniki niezawodoności FETa i możliwość jego pracy z dużymi mocami.
Cała krzywa SOA, wykorzystywana w kartach katalogowych Texas Instruments oparta jest o pięć głównych czynników ograniczających możliwość bezpiecznej pracy tranzystora. Każdy z tych czynników ma wpływ na kształt krzywej SOA, jak pokazano na rysunku pierwszym. Na rysunku tym zaprezentowano dane z karty katalogowej układu CSD19536KTT. Cztery z tych czynników można wyliczyć z podstawowych parametrów tranzystora, takich jak RDS(on), ograniczenie prądowe, maksymalna moc i ograniczenie napięcia BVDSS. Jedynie ograniczenia związane z niestabilnością termiczną tranzystorów trzeba oszacować lub zmierzyć. Fragment krzywej SOA, gdzie odchyla się ona od limitu stałej mocy, tzn od prostej krzywej o współczynniku nachylenia równym -1 na wykresie prądu w funkcji napięcia pokazanego w skali logarytmicznej jest miejscem gdzie widoczne jest odchylenie termiczne. Im bardziej nachylona jest ta krzywa tym bardziej MOSFETjest skłonny do wejścia w rejon tzw. thermal runway z wyższym napięciem przebicia. Zjawisko to związane jest z tym, że parametry elektryczne MOSFETa w pewnej temperaturze zmieniają się w sposób powodujący jeszcze mocniejsze grzanie się elementu. Obliczanie wartości z tym związanych przez producentów tranzystorów FET zazwyczaj kończy się mocnym niedoszacowaniem lub przeszacowanie tych wartości. Nie ma możliwości wyznaczenia w sposób precyzyjny nachylenia krzywej SOA w tym miejscu, dlatego też konieczny jest pomiar tego nachylenia.
Laboratoria firmy Texas Instruments wyposażone są w jeden z najpotężniejszych testerów SOA na rynku. Jest on w stanie przepuścić przez tranzystor kilowaty mocy w impulsach trwających nawet 100 µs. Aby wyznaczyć krzywą SOA MOSFETy są literalnie zabijane jeden po drugim - każdy punkt na zaprezentowanym na rysunku drugim wykresie odpowiada jednemu uszkodzonemu podczas pomiarów elementowi. Z tego rodzaju pomiarów można wywnioskować informacje o kształcie tego fragmentu krzywej SOA.
Jako ostateczna gwarancje, że otrzymane krzywe SOA odpowiadać będą rzeczywistości i zapewnią bezawaryjną pracę tranzystora krzywe zaniżane są o około 30..40%, zależnie od tego jaki obserwuje się rozrzut wśród elementów. Trzeba być świadomym, że nie wszystkie firmy stosują tego rodzaju zabiegi. W szeregu przypadków zmierzone punkty na krzywej SOA publikowane są w karcie katalogowej jako gwarantowane, a jako że nie ma żadnego przyjętego standardu wyznaczania tych parametrów to nigdy nie wiadomo czego się spodziewać - często porównanie samych tylko krzywych SOA nie jest w stanie udzielić odpowiedzi jaki element będzie wytrzymalszy.
W kolejnej części cyklu zajmiemy się drugim istotnym dla MOSFETów parametrem - ograniczeniami prądu płynącego przez tranzystor. Jest to parametr który zawsze znajduje się na pierwszej stronie karty katalogowej, ale nie do końca wiadomo jak jest to wyznaczane i jakie jest praktyczne jego znaczenie.
Źródło:
https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archiv...a-sheets-part-2-safe-operating-area-soa-graph
Fajne? Ranking DIY
