Si us pregunteu o us preocupa precisament quanta potència pot tolerar el vostre MOSFET en condicions extremes o en situacions de dissipació extrema, les figures SOA del dispositiu són exactament les que hauríeu de mirar.
En aquest post analitzarem de manera exhaustiva l’Àrea Operativa Segura o SOA, tal com es mostra al full de dades MOSFET.
A continuació es mostra l’àrea d’operació segura de MOSFET o el gràfic SOA que normalment es veu a tots Texas Instruments fulls de dades.
MOSFET SOA es descriu com la magnitud que especifica la potència màxima que pot suportar el FET mentre funciona a la regió de saturació.
La visió ampliada del gràfic SOA es pot veure a la següent imatge següent.
Al gràfic SOA anterior podem veure totes aquestes limitacions i límits. I més profundament al gràfic trobem limitacions addicionals per a la durada del pols individual. I aquestes línies a l'interior del gràfic es podrien determinar mitjançant càlculs o mesures físiques.
En fulls de dades anteriors i anteriors, aquests paràmetres s’estimaven amb valors calculats.
No obstant això, normalment es recomana que es mesurin pràcticament aquests paràmetres. Si els avalueu mitjançant fórmules, podríeu acabar obtenint valors hipotètics que poden ser literalment molt més grans del que el FET pot tolerar en aplicacions del món real. O potser podeu reduir (compensar excessivament) els paràmetres fins a un nivell massa moderat, en relació amb el que el FET pot tractar realment.
Així doncs, en els nostres debats següents aprenem els paràmetres SOA que s’avaluen mitjançant mètodes pràctics reals i no mitjançant fórmules o simulacions.
Comencem per entendre què és el mode de saturació i el mode lineal als FET.
Mode lineal vs mode de saturació
En referència al gràfic anterior, es defineix el mode lineal com la regió en què el RDS (activat) o la resistència de la font de drenatge del FET són consistents.
Això significa que el corrent que passa pel FET és directament proporcional al biaix de drenatge a font a través del FET. Sovint també es coneix com la regió òhmica, ja que el FET actua essencialment de manera similar a una resistència fixa.
Ara, si comencem a augmentar el voltatge de polarització de la font de drenatge al FET, finalment trobarem el FET operant en una regió coneguda com a regió de saturació. Una vegada que l'operació MOSFET és forçada a la regió de saturació, el corrent (amplificadors) que es mou mitjançant el MOSFET a través del drenatge a la font ja no respon a l'augment del voltatge de polarització de drenatge a font.
Per tant, independentment de quant augmenteu el voltatge de drenatge, aquest FET continua transferint un nivell màxim de corrent fix a través d'ell.
L’única manera de manipular el corrent sol variar el voltatge de la porta a la font.
Tanmateix, aquesta situació sembla ser una mica desconcertant, ja que generalment es tracta de descripcions de llibres de text de la regió lineal i de saturació. Anteriorment vam saber que aquest paràmetre sovint es coneix com a regió òhmica. No obstant això, algunes persones en realitat anomenen això com la regió lineal. Potser, la mentalitat és, bé, sembla una línia recta, de manera que ha de ser lineal?
Si observeu que la gent parla d’aplicacions d’intercanvi en calent, s’expressaran, bé, estic treballant en una regió lineal. Però això és essencialment inadequat tecnològicament.
Comprensió de MOSFET SOA
Ara, ja que sabem què és una regió de saturació FET, ara podem revisar detalladament el nostre gràfic SOA. El SOA es podria dividir en cinc limitacions individuals. Aprenem què són exactament.
RDS (activat) Limitació
La primera línia del gràfic de color gris representa la limitació RDS (on) del FET. I aquesta és la regió que limita efectivament la quantitat màxima de corrent a través del FET a causa de la resistència en funcionament del dispositiu.
En altres paraules, indica la resistència més alta del MOSFET que pot existir a la temperatura màxima tolerable de la unió del MOSFET.
Observem que aquesta línia gris té un pendent constant positiu d’unitat, simplement perquè cada punt d’aquesta línia posseeix una quantitat idèntica de resistència ON, d’acord amb la llei d’Ohm, que afirma que R és igual a V dividit per I.
Limitació de corrent
La següent línia de limitació del gràfic SOA representa la limitació actual. Al gràfic, es poden veure els diferents valors de pols indicats per les línies blaves, verdes i violetes, limitades a 400 amperes per la línia negra horitzontal superior.
La secció horitzontal curta de la línia RED indica el límit de paquet del dispositiu o el límit de corrent continu (CC) del FET, a uns 200 amperes.
Limitació màxima de potència
La tercera limitació SOA és la línia de limitació de potència màxima del MOSFET, representada per la línia inclinada taronja.
A mesura que observem, aquesta línia té un pendent constant però negativa. És constant ja que cada punt d'aquesta línia límit de potència SOA porta la mateixa potència constant, representada per la fórmula P = IV.
Per tant, en aquesta corba logarítmica SOA, això genera un pendent de -1. El signe negatiu es deu al fet que el flux de corrent a través del MOSFET aquí disminueix a mesura que augmenta la tensió de la font de drenatge.
Aquest fenomen es deu principalment a les característiques de coeficient negatiu del MOSFET que restringeix el corrent a través del dispositiu a mesura que augmenta la seva temperatura de connexió.
Limitació d’inestabilitat tèrmica
A continuació, la quarta limitació MOSFET a través de la seva àrea d’operació segura s’indica mitjançant la línia inclinada groga, que representa la limitació d’inestabilitat tèrmica.
És a través d’aquesta regió del SOA el que esdevé realment crucial per mesurar realment la capacitat operativa del dispositiu. Això es deu al fet que aquesta regió d’inestabilitat tèrmica no es pot predir amb cap mitjà adequat.
Per tant, pràcticament hem d’analitzar el MOSFET en aquesta àrea per saber on pot fallar el FET i quina és exactament la capacitat de treball del dispositiu específic?
Així, podem veure ara mateix si hem de prendre aquesta limitació de potència màxima i estendre-la fins a la part inferior de la línia groga, de sobte què trobem?
Trobem que la limitació de fallades del MOSFET aterra a un nivell molt baix, que té un valor molt inferior en comparació amb la regió de limitació de potència màxima promoguda al full de dades (representada pel pendent taronja).
O suposem que som massa conservadors i diem a la gent que, mireu, la regió inferior de la línia groga és el que el FET pot gestionar al màxim. Bé, és possible que siguem el més segur amb aquesta declaració, però és possible que haguem compensat excessivament la capacitat de limitació de potència del dispositiu, que potser no és raonable, oi?
És precisament per això que aquesta regió d’inestabilitat tèrmica no es pot determinar ni reclamar amb fórmules, sinó que s’ha de provar realment.
Limitació de tensió de ruptura
La cinquena regió de limitació del gràfic SOA és la limitació de tensió de ruptura, representada per la línia vertical negra. Que és només la capacitat màxima de manipulació de la tensió de la font de drenatge del FET.
Segons el gràfic, el dispositiu presenta un BVDSS de 100 volts, cosa que explica per què aquesta línia vertical negra s’aplica a una marca de font de desguàs de 100 volts.
Seria interessant investigar una mica més la noció anterior d’inestabilitat tèrmica. Per aconseguir-ho, haurem d'esbossar una frase anomenada 'coeficient de temperatura'.
Coeficient de temperatura MOSFET
El coeficient de temperatura del MOSFET es pot definir com el canvi de corrent sobre el canvi de temperatura de la unió del MOSFET.
Tc = ∂ID / ∂Tj
Per tant, quan examinem la corba de característiques de transferència d’un MOSFET en el seu full de dades, trobem el corrent de drenatge a font del FET enfront del creixent voltatge de porta a font del FET, també trobem que aquestes característiques s’avaluen a 3 diferents rangs de temperatura.
Coeficient de temperatura zero (ZTC)
Si observem el punt representat amb el cercle taronja, això és el que indicaríem com a coeficient de temperatura zero del MOSFET .
En aquest moment, fins i tot si la temperatura de la unió del dispositiu continua augmentant no produeix cap millora en la transferència actual a través del FET.
∂ID/ ∂Tj = 0 , on JoD és el corrent de desguàs del MOSFET, Tj representa la temperatura de la unió del dispositiu
Si observem la regió sobre aquest coeficient de temperatura zero (cercle taronja), a mesura que passem del negatiu -55 a 125 graus centígrads, el corrent a través del FET comença a caure.
∂ID/ ∂Tj <0
Aquesta situació és indicativa que el MOSFET està realment escalfant, però la potència dissipada a través del dispositiu és cada vegada menor. Això implica que en realitat no hi ha perill d’inestabilitat per al dispositiu i que es pugui permetre un sobreescalfament del dispositiu i, a diferència dels BJT, possiblement no hi hagi cap risc d’escapament tèrmic.
No obstant això, a corrents de la regió per sota del coeficient de temperatura zero (cercle taronja), observem la tendència, en què un augment de la temperatura del dispositiu, és a dir, a través dels negatius de -55 a 125 graus, provoca la capacitat de transferència actual de el dispositiu realment augmentarà.
∂ID/ ∂Tj > 0
Això passa pel fet que el coeficient de temperatura del MOSFET és superior a zero en aquests punts. Però, d'altra banda, un augment del corrent a través del MOSFET provoca un augment proporcional del RDS del MOSFET (activat) (resistència de la font de drenatge) i també provoca un augment proporcional de la temperatura corporal del dispositiu progressivament, que condueix a un corrent addicional. transferència a través del dispositiu. Quan el MOSFET entra en aquesta regió d’un bucle de retroalimentació positiva, pot desenvolupar una inestabilitat en el comportament del MOSFET.
Tanmateix, ningú no pot saber si la situació anterior pot ocórrer o no, i no hi ha un disseny fàcil de predir quan es pot produir aquest tipus d’inestabilitat al MOSFET.
Això es deu al fet que hi pot haver molts paràmetres relacionats amb el MOSFET en funció de la seva pròpia estructura de densitat cel·lular o de la flexibilitat del paquet per dissipar la calor uniformement a través del cos del MOSFET.
A causa d’aquestes incerteses, s’han de confirmar factors com la fugida tèrmica o qualsevol inestabilitat tèrmica a les regions indicades per a cada MOSFET en particular. No, aquests atributs del MOSFET no es poden endevinar simplement aplicant l’equació de pèrdua de potència màxima.
Per què SOA és tan crucial
Les xifres SOA poden ser molt útils en aplicacions MOSFET on el dispositiu funciona sovint a les regions de saturació.
També és útil a intercanvi en calent o aplicacions del controlador Oring, on es fa crucial saber exactament quanta potència el MOSFET podrà tolerar, fent referència als seus gràfics SOA.
Pràcticament trobareu que els valors de l’àrea operativa segura de MOSFET solen ser molt útils per a la majoria dels consumidors que s’ocupen de control de motors, inversors / convertidors o productes SMPS, on el dispositiu sol funcionar en condicions extremes de temperatura o sobrecàrrega.
Fonts: Formació MOSFET , Zona operativa segura
Anterior: Com funciona IC LM337: full de dades, circuits d'aplicació Següent: Circuit d’inversors d’ona sinònima de classe D
