בפוסט זה אנו דנים בדירוגי מפולות של MOSFET ונלמד כיצד להבין דירוג זה בגליון הנתונים בצורה נכונה, כיצד נבדק הפרמטר על ידי היצרן, ואמצעים להגן על MOSFET מפני תופעה זו.

פרמטר המפולת לא רק עוזר לאמת את חסינות המכשירים, אלא גם מסייע בסינון MOSFET חלש יותר או כאלו הרגישים יותר או בסיכון להתמוטטות.

מהו דירוג מפולת MOSFET

דירוג המפולות של MOSFET הוא האנרגיה המקסימלית (מילי-ג'ולה) ש- MOSFET יכול לעמוד בה, כאשר מתח מקור הניקוז שלה חורג ממגבלת מתח ההתמוטטות המרבי (BVDSS).

תופעה זו מתרחשת בדרך כלל במעגלי מיתוג MOSFET עם עומס אינדוקטיבי על פני מסוף הניקוז.

במהלך תקופות ה- ON של מחזורי המיתוג, המשרן נטען, ובמהלך תקופות ה- OFF המשרן משחרר את האנרגיה המאוחסנת שלו בצורה של EMF אחורי לאורך ניקוז המקור של ה- MOSFET.

מתח הפוך זה מוצא את דרכו דרך דיודת הגוף של ה- MOSFET, ואם ערכו עולה על הגבול המרבי המותר של המכשיר, גורם להתפתחות חום עז בתוך המכשיר הגורם נזק או נזק קבוע למכשיר.

מתי הוצג MOSFET Avalanche

הפרמטר הנוכחי Avalanche Energy ו- UIS (מיתוג אינדוקטיבי לא מהודק) לא נכלל בגליונות הנתונים של MOSFET לפני שנות השמונים.

ואז זה התפתח לא רק למפרט גליון נתונים, אלא לפרמטר שבו צרכנים רבים החלו לדרוש לבדוק את ה- FET לפני העברת המכשיר לייצור, במיוחד אם ה- MOSFET מתוכנן ליישומי אספקת חשמל או מיתוג.

לכן רק אחרי שנות השמונים פרמטר המפולת החל להופיע בגליונות הנתונים, ואז טכנאי הקידום החלו להבין שככל שדירוג המפולת גדול יותר, נראה שהתקן היה תחרותי יותר.

המהנדסים החלו לקבוע טכניקות להתנסות בפרמטר על ידי שינוי מספר המשתנים שלו, ששימשו לתהליך הבדיקה.

באופן כללי, ככל שאנרגיית המפולות גדולה יותר, כך MOSFET הופך עמיד וחזק יותר. לכן דירוג מפולות גדול יותר, מייצג מאפייני MOSFET חזקים יותר.

לרוב גליונות הנתונים של FET יכלול פרמטר המפולת בטבלת הדירוגים המקסימלית שלהם, אשר ניתן למצוא ישירות בדף הכניסה בגליון הנתונים. במיוחד, אתה יכול לראות את הפרמטרים שנכתבו כאן כמפולת זרם ומפולת אנרגיה, קל יותר.

“מה הולך ומשלב את החשמל ”

לכן, בגליונות הנתונים MOSFET Avalanche Energy מוצגת ככמות האנרגיה ש- MOSFET מסוגל לסבול בזמן שהיא עוברת בדיקת מפולת, או כאשר חוצה דירוג מתח התמוטטות המקסימלי של MOSFET.

זרם מפולות ומערכת UIS

דירוג מתח התמוטטות מקסימלי זה נקבע באמצעות מבחן זרם המפולת, שמבוצע באמצעות מבחן מיתוג אינדוקטיבי לא מהודק או מבחן UIS.

מכאן שכאשר מהנדסים דנים בנושא זרם ה- UIS, הם עשויים להתייחס לזרם המפולת.

מבחן מיתוג אינדוקטיבי לא מהודק מבוצע כדי להבין את הזרם ובכך את אנרגיית המפולות שעלולה לגרום לכשל MOSFET.

כאמור, גודל או דירוג אלה תלויים מאוד במפרט הבדיקה, במיוחד בערך המשרן שהופעל בזמן הבדיקה.

הגדרת מבחן

התרשים הבא מציג מעגל בדיקת UIS סטנדרטי.

לפיכך אנו רואים אספקת מתח בסדרה עם משרן, L, שגם הוא בסדרה עם ה- MOSFET הנבדק. אנו יכולים גם לראות מניע שער עבור ה- FET שהפלט שלו הוא בסדרה עם נגד שער FET R.

בתמונה למטה אנו מוצאים את מכשיר הבקר LTC55140, המשמש במעבדת Instrument Instrument כדי להעריך את מאפייני ה- UIS של ה- FET.

מאפיין ה- UIS עוזר לאחר מכן לא רק לברר את דירוג גליון הנתונים של FET, אלא גם את הערך המשמש לסריקת ה- FET בהליך הבדיקה הסופי.

הכלי מאפשר לכוונן את ערך משרן העומס בין 0.2 ל -160 מילי-אנריות. זה מאפשר לכוונן את מתח הניקוז של ה- MOSFET הנבדק בין 10 ל -150 וולט.

זה, כתוצאה מכך מאפשר לסנן אפילו את אותם FET שמדורגים לטפל במתח פירוק של 100 וולט בלבד. בנוסף, ניתן ליישם זרמי ניקוז בין 0.1 ל -200 אמפר. וזה הטווח הנוכחי של ה- UIS שה- FET עשוי לסבול במהלך הליך הבדיקה.

בנוסף הכלי מאפשר קביעת טווחים שונים של טמפרטורות המקרה MOSFET, מ -55 ל -150 מעלות.

נהלי בדיקה

מבחן ה- UIS הסטנדרטי מיושם בארבעה שלבים, כפי שמודגם בתמונה הבאה:

השלב הראשון מורכב מבדיקת טרום הדליפה, בה מתח האספקה מטיה את ניקוז ה- FET. ביסודו של דבר, הרעיון כאן הוא לנסות להבטיח שה- FET מתפקד באופן הצפוי הרגיל.

לפיכך, בשלב הראשון ה- FET מוחזק כבוי. זה שומר על מתח האספקה חסום על פני מסופי ה- daim-emitter, מבלי לחוות שום סוג של זרם דליפה מוגזם שזורם דרכו.

בשלב השני, המכונה הרמפה של זרם המפולת, ה- FET מופעל, מה שגורם למתח הניקוז שלו לרדת. התוצאה היא שהזרם יגדל בהדרגה באמצעות המשרן עם די / ד קבוע. כך שבעצם בשלב זה מותר למשרן להיטען.

בשלב השלישי מבוצעת בדיקת המפולת בפועל, כאשר ה- FET כפוף למעשה למפולת. בשלב זה ה- FET מכובה על ידי הסרת הטיית השער שלו. כתוצאה מכך די / dt מסיבי עובר דרך המשרן, מה שגורם למתח הניקוז של ה- FET לירות גבוה מעל גבול מתח ההתמוטטות של ה- FET.

זה מאלץ את ה- FET לעבור את גל המפולת. בתהליך זה ה- FET סופג את כל האנרגיה שנוצרת על ידי המשרן ונשאר סגור עד להשלמת השלב הרביעי, הכולל בדיקת דליפה לאחר

בשלב הרביעי הזה FET שוב נתון למבחן מפולת שלגים, רק כדי להיות בטוח אם ה- MOSFET עדיין מתנהג כרגיל או לא. אם כן, FET נחשב כמי שעבר את מבחן המפולת.

לאחר מכן, ה- FET צריך לעבור את הבדיקה הנ'ל פעמים רבות יותר, כאשר רמת המתח של ה- UIS מוגברת בהדרגה עם כל בדיקה, עד לרמה בה ה- MOSFET אינו מסוגל לעמוד ונכשל במבחן שלאחר הדליפה. ורמה נוכחית זו מצויינת כי היא יכולת העמידה הנוכחית המרבית ב- UIS של MOSFET.

חישוב אנרגיה של מפולת MOSFET

לאחר מימוש יכולת הטיפול הנוכחית המקסימלית של ה- UIS של ה- MOSFET, שבה המכשיר מתקלקל, נהיה הרבה יותר קל עבור המהנדסים להעריך את כמות האנרגיה המופצת דרך ה- FET במהלך תהליך המפולת.

בהנחה שכל האנרגיה המאוחסנת במשרן התפוגגה ל- MOSFET במהלך המפולת, ניתן לקבוע את גודל האנרגיה הזה באמצעות הנוסחה הבאה:

IS_{כפי ש}= 1/2 ליטר x אני_{שֶׁל^שתיים}

IS_{כפי ש}נותן לנו את גודל האנרגיה המאוחסנת בתוך המשרן, השווה ל 50% מערך ההשראות כפול הזרם בריבוע, הזורם דרך המשרן.

בהמשך, נצפה שככל שערך המשרן הועלה, כמות הזרם האחראית להתמוטטות ה- MOSFET פחתה למעשה.

עם זאת עלייה זו בגודל המשרן מקזזת למעשה את הפחתת הזרם בנוסחת האנרגיה שלעיל באופן שערך האנרגיה ממש גדל.

אנרגיית מפולות או זרם מפולות?

אלה שני הפרמטרים, שיכולים לבלבל את הצרכנים, תוך כדי בדיקת גיליון נתונים של MOSFET בדירוג שלגים.

רבים מיצרני ה- MOSFET בודקים בכוונה את ה- MOSFET עם משרנים גדולים יותר, כך שהם מסוגלים להתפאר בעוצמה גבוהה יותר של אנרגיית מפולות, ויוצרים רושם כי ה- MOSFET נבדק לעמידה באנרגיות מפולות ענקיות, ולכן יש לו עמידות מוגברת למפולות.

אך השיטה הנ'ל לשימוש במשרן גדול יותר נראית מטעה, זו בדיוק הסיבה שמהנדסי טקסס אינסטרומנטס בודקים בהשראות קטנות יותר בסדר גודל של 0.1 mH, כך שה- MOSFET הנבדק נתון לרמת זרם מפולת גבוהה יותר ולרמות לחץ פירוק קיצוניות.

לכן, בגליונות הנתונים לא אנרגיית המפולת, אלא זרם המפולת צריך להיות גדול יותר בכמות, המציגה חוסן טוב יותר של MOSFET.

זה הופך את הבדיקה הסופית למחמירה ביותר ומאפשרת לסנן כמה שיותר MOSFET חלש יותר.

ערך בדיקה זה אינו משמש רק כערך הסופי לפני העברת פריסת ה- FET לייצור, אלא זהו גם הערך המוזן בגליון הנתונים.

בשלב הבא, ערך הבדיקה הנ'ל מופחת ב -65%, כך שמשתמש הקצה יוכל להשיג מרווח סובלנות רחב יותר עבור ה- MOSFET שלהם.

כך לדוגמא, אם זרם המפולת שנבדק היה 125 אמפר, הערך הסופי שמוזין בגליון הנתונים הוא במקרה של 81 אמפר לאחר הירידה.

מפולת מפולת MOSFET לעומת זמן בילוי במפולת

פרמטר נוסף המשויך ל- MOSFET כוח ומוזכר בגליונות נתונים, במיוחד עבור MOSFET המיועדים למיתוג יישומים הוא יכולת הנוכחי של Avalanche לעומת זמן בילוי ב- Avalanche. פרמטר זה מוצג בדרך כלל ביחס לטמפרטורת המקרה של ה- MOSFET ב 25 מעלות. במהלך הבדיקה טמפרטורת המקרה מוגברת ל 125 מעלות.

במצב זה טמפרטורת המקרה של ה- MOSFET של ה- MOSFET מתקרבת מאוד לטמפרטורת הצומת בפועל של מת הסיליקון של ה- MOSFET.

בהליך זה כאשר טמפרטורת הצומת של המכשיר מוגברת, אתה עשוי לצפות לראות מידה מסוימת של השפלה שהיא נורמלית למדי? עם זאת, אם התוצאה מראה השפלה גבוהה, זה עשוי להצביע על סימנים של מכשיר MOSFET חלש מטבעו.

לכן מנקודת מבט עיצובית, מנסים להבטיח שההשפלה לא תעלה על יותר מ- 30% לעלייה בטמפרטורת המקרה מ- 25 ל- 125 מעלות.