Dalam posting ini kita membahas peringkat longsoran MOSFET, dan belajar bagaimana memahami peringkat ini di lembar data dengan benar, bagaimana parameter diuji oleh pabrikan, dan langkah-langkah untuk melindungi MOSFET dari fenomena ini.

Parameter avalanche tidak hanya membantu memverifikasi kekasaran perangkat, tetapi juga membantu menyaring MOSFET yang lebih lemah atau yang lebih rentan atau berisiko rusak.

Apa itu Peringkat Avalanche MOSFET

Peringkat longsoran MOSFET adalah energi maksimum yang dapat ditoleransi (milijoule) yang dapat ditahan oleh MOSFET, ketika tegangan sumber drainnya melebihi batas tegangan rusak maksimum (BVDSS).

Fenomena ini biasanya terjadi di sirkuit switching MOSFET dengan beban induktif melintasi terminal drain.

Selama periode ON dari siklus switching, induktor mengisi daya, dan selama periode OFF induktor melepaskan energi yang tersimpan dalam bentuk EMF balik melintasi sumber-drain dari MOSFET.

Tegangan balik ini menemukan jalannya melalui dioda tubuh MOSFET, dan jika nilainya melebihi batas maksimum perangkat yang dapat ditoleransi, menyebabkan panas yang hebat berkembang di dalam perangkat yang menyebabkan kerusakan atau kerusakan permanen pada perangkat.

Kapan MOSFET Avalanche Diperkenalkan

Parameter Avalanche Energy dan UIS (unclamped inductive switching) saat ini ternyata tidak dimasukkan dalam lembar data MOSFET sebelum tahun 1980-an.

Dan saat itulah ia berkembang menjadi tidak hanya spesifikasi lembar data, tetapi parameter yang banyak konsumen mulai menuntut agar FET diuji sebelum melewati perangkat untuk produksi, terutama, jika MOSFET dirancang untuk catu daya atau implementasi switching.

Oleh karena itu, hanya setelah tahun 1980-an parameter longsoran mulai muncul di lembar data, dan kemudian teknisi promosi mulai memahami bahwa semakin besar peringkat longsoran, semakin kompetitif perangkat tersebut.

Para insinyur mulai menentukan teknik untuk bereksperimen dengan parameter dengan mengutak-atik beberapa variabelnya, yang digunakan untuk proses pengujian.

Secara umum, semakin besar energi longsoran, semakin tahan lama dan kuat MOSFET yang dihasilkan. Oleh karena itu, tingkat longsoran salju yang lebih besar, menunjukkan karakteristik MOSFET yang lebih kuat.

Sebagian besar lembar data FET biasanya memiliki parameter longsoran yang disertakan dalam Tabel Peringkat Maksimum Mutlak mereka, yang dapat ditemukan langsung di halaman entri lembar data. Terutama, Anda dapat melihat parameter di sini yang tertulis sebagai Arus Longsor dan Energi Longsor, Eas.

“diagram rangkaian konverter ac ke dc ”

Oleh karena itu, dalam lembar data MOSFET Avalanche Energy disajikan sebagai jumlah energi yang dapat ditoleransi oleh MOSFET ketika sedang menjalani uji longsoran, atau ketika peringkat tegangan kerusakan maksimum MOSFET dilintasi.

Arus Longsor dan UIS

Nilai tegangan tembus maksimum ini ditentukan melalui Uji Arus Longsor, yang dicapai melalui uji Sakelar Induktif Tanpa Penjepit atau uji UIS.

Oleh karena itu, ketika para insinyur membahas tentang arus UIS, mereka mungkin mengacu pada Arus Longsor.

Tes Saklar Induktif Tanpa Penjepit dilakukan untuk mengetahui arus dan dengan demikian energi longsoran yang dapat memicu kegagalan MOSFET.

Seperti disebutkan sebelumnya, besaran atau pengenal ini sangat bergantung pada spesifikasi pengujian, khususnya, nilai induktor yang diterapkan pada saat pengujian.

Pengaturan Tes

Diagram berikut menunjukkan rangkaian uji UIS standar yang disiapkan.

Jadi kita melihat suplai tegangan secara seri dengan induktor, L, yang juga seri dengan MOSFET yang diuji. Kita juga dapat melihat driver gerbang untuk FET yang outputnya seri dengan resistor gerbang FET R.

Pada gambar di bawah, kami menemukan, perangkat pengontrol LTC55140, yang digunakan di lab Texas Instrument untuk mengevaluasi karakteristik UIS dari FET.

Karakteristik UIS selanjutnya membantu tidak hanya untuk mengetahui peringkat lembar data FET, tetapi juga nilai yang digunakan untuk memindai FET dalam prosedur pengujian akhir.

Alat ini memungkinkan penyesuaian nilai induktor beban dari 0,2 hingga 160 milihenri. Ini memungkinkan penyesuaian tegangan drain MOSFET yang diuji dari 10 hingga 150 volt.

Ini, sebagai hasilnya, memungkinkan untuk menyaring bahkan FET yang dinilai hanya menangani tegangan tembus 100 volt. Dan, dimungkinkan menerapkan arus drain dari 0,1 hingga 200 amp. Dan ini adalah kisaran arus UIS yang mungkin harus ditoleransi oleh FET selama prosedur pengujian.

Selain itu, alat ini memungkinkan pengaturan rentang suhu casing MOSFET yang berbeda, dari -55 hingga +150 derajat.

Prosedur Pengujian

Tes UIS standar dilaksanakan melalui 4 tahap, seperti yang diilustrasikan pada gambar berikut:

Tahap pertama terdiri dari uji pra-kebocoran, di mana tegangan suplai membiaskan FET drain. Pada dasarnya, idenya di sini adalah untuk mencoba memastikan FET bekerja dengan cara yang diharapkan normal.

Dengan demikian, pada tahap pertama FET akan dimatikan. Itu membuat tegangan suplai terhalang di terminal daim-emitor, tanpa mengalami kebocoran arus berlebih yang mengalir melaluinya.

Pada tahap kedua, yang dikenal sebagai ramp up Arus Avalanche, FET dinyalakan, yang menyebabkan tegangan drainnya turun. Hal ini menyebabkan arus meningkat secara bertahap melalui induktor dengan di / dt konstan. Jadi pada dasarnya dalam tahap ini, induktor diizinkan untuk mengisi daya.

Pada tahap ketiga, tes longsoran aktual dilakukan, di mana FET secara praktis mengalami longsoran salju. Pada tahap ini FET dimatikan dengan menghilangkan bias gerbangnya. Hal ini menghasilkan di / dt besar-besaran yang melewati induktor, menyebabkan tegangan drain FET melonjak tinggi di atas batas tegangan rusaknya FET.

Hal ini memaksa FET untuk melewati gelombang longsoran salju. Dalam proses ini, FET menyerap seluruh energi yang dihasilkan oleh induktor, dan tetap mati, sampai tahap ke-4 dijalankan, yang melibatkan uji pasca kebocoran.

Pada tahap ke-4 ini FET sekali lagi menjalani tes longsoran berulang, hanya untuk memastikan apakah MOSFET masih berperilaku normal atau tidak. Jika ya, maka FET dianggap telah lulus uji longsoran salju.

Selanjutnya, FET harus melalui pengujian di atas berkali-kali, di mana level tegangan UIS secara bertahap ditingkatkan dengan setiap pengujian, hingga level di mana MOSFET tidak dapat menahan dan gagal dalam pengujian pasca-kebocoran. Dan tingkat saat ini dicatat sebagai kemampuan menahan arus UIS maksimum MOSFET.

Menghitung Energi Longsor MOSFET

Setelah kapasitas penanganan arus UIS maksimum dari MOSFET direalisasikan, di mana perangkat rusak, akan lebih mudah bagi para insinyur untuk memperkirakan jumlah energi yang dihamburkan melalui FET selama proses longsoran salju.

Dengan asumsi, seluruh energi yang disimpan dalam induktor dihamburkan ke MOSFET selama longsoran salju, besaran energi ini dapat ditentukan dengan menggunakan rumus berikut:

AKU S_SEBAGAI= 1 / 2L x I_DARI^dua

AKU S_SEBAGAImemberi kita besarnya energi yang disimpan di dalam induktor, yang sama dengan 50% dari nilai induktansi dikalikan dengan arus kuadrat, mengalir melalui induktor.

Selanjutnya, diamati bahwa ketika nilai induktor meningkat, jumlah arus yang bertanggung jawab atas kerusakan MOSFET benar-benar menurun.

Namun peningkatan ukuran induktor ini pada kenyataannya mengimbangi pengurangan arus dalam rumus energi di atas dengan cara yang nilai energinya meningkat secara harfiah.

Energi Longsor atau Arus Longsor?

Ini adalah dua parameter, yang dapat membingungkan konsumen, saat memeriksa lembar data MOSFET untuk mengetahui peringkat longsoran.

Banyak pabrikan MOSFET dengan sengaja menguji MOSFET dengan induktor yang lebih besar, sehingga mereka mampu menghasilkan besaran energi longsoran yang lebih besar, menciptakan kesan bahwa MOSFET diuji untuk menahan energi longsoran yang sangat besar, dan oleh karena itu memiliki daya tahan yang meningkat terhadap longsoran salju.

Tetapi metode di atas menggunakan induktor yang lebih besar terlihat menyesatkan, itulah mengapa para insinyur Texas Instruments menguji dengan induktansi yang lebih kecil di urutan 0,1 mH, sehingga MOSFET yang diuji mengalami arus Avalanche yang lebih tinggi dan tingkat tegangan kerusakan yang ekstrim.

Jadi, dalam lembar data, bukan energi Avalanche, melainkan arus longsor yang seharusnya lebih besar jumlahnya, yang menampilkan kekasaran MOSFET yang lebih baik.

Hal ini membuat pengujian akhir menjadi sangat ketat dan memungkinkan penyaringan sebanyak mungkin MOSFET yang lebih lemah.

Nilai uji ini tidak hanya digunakan sebagai nilai akhir sebelum tata letak FET diteruskan untuk produksi, tetapi ini juga merupakan nilai yang dimasukkan dalam lembar data.

Pada langkah selanjutnya, nilai pengujian di atas diturunkan sebesar 65%, sehingga pengguna akhir bisa mendapatkan margin toleransi yang lebih luas untuk MOSFET mereka.

Jadi misalnya, jika arus longsoran yang diuji adalah 125 Amps, nilai akhir yang dimasukkan ke dalam lembar data adalah 81 Amps, setelah penurunan daya.

Arus Longsor MOSFET vs Waktu yang Dihabiskan dalam Longsor

Parameter lain yang terkait dengan daya MOSFET dan disebutkan dalam lembar data, terutama untuk MOSFET yang dirancang untuk aplikasi switching adalah Kemampuan Arus Longsor versus Waktu yang Dihabiskan dalam Longsor. Parameter ini biasanya ditampilkan sehubungan dengan suhu casing MOSFET pada 25 derajat. Selama pengujian suhu case dinaikkan menjadi 125 derajat.

Dalam situasi ini suhu kasus MOSFET dari MOSFET menjadi sangat dekat dengan suhu persimpangan sebenarnya dari cetakan silikon MOSFET.

Dalam prosedur ini saat suhu persimpangan perangkat dinaikkan, Anda mungkin berharap melihat sejumlah degradasi yang cukup normal? Namun, jika hasilnya menunjukkan tingkat degradasi yang tinggi, itu mungkin menunjukkan tanda-tanda perangkat MOSFET yang secara inheren lemah.

Oleh karena itu dari sudut pandang desain, upaya dilakukan untuk memastikan bahwa degradasi tidak melebihi 30% untuk peningkatan suhu kasus dari 25 menjadi 125 derajat.

Bagaimana Melindungi MOSFET dari Arus Longsor

Seperti yang kita pelajari dari diskusi di atas, longsoran salju di MOSFET dikembangkan karena pengalihan EMF balik induktif tegangan tinggi melalui dioda tubuh MOSFET.

Jika tegangan EMF balik ini melebihi nilai maksimum dioda tubuh, menyebabkan panas yang ekstrim pada perangkat dan kerusakan selanjutnya.

Ini menyiratkan bahwa jika tegangan EMF induktif dibiarkan melewati dioda bypass eksternal yang dinilai sesuai, melintasi drain-emitter dari FET dapat membantu mencegah fenomena longsoran salju.

Diagram berikut menyarankan desain standar untuk menambahkan dioda pembuangan-emitor eksternal untuk memperkuat dioda tubuh internal MOSFET.