板子上的MOS管莫名炸机,原因多半是这个

时间:2019-08-07 来源:www.viagrapillsr3online.com

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电路板上的功率MOS管能否继续安全工作是设计人员最关心的问题。当使用轰炸机时,它将被破坏,MOS管将被炸毁。工程师在遇到它时真的很害怕和讨厌。但问题出在哪里?所有这些实际上都与SOA有关。

我们知道开关电源中的MOSFET和IGBT是核心和最容易烧毁的器件。开关装置长时间工作在高电压和高电流状态,并且其功耗很大。一旦过电压或过电流导致功耗大幅增加,晶片的结温就会急剧上升。如果热量不及时,将导致设备。即使发生爆炸,损坏也是非常危险的。

熟悉和正确使用SOA可以极大地提高交换设备的稳定性和使用寿命。

什么是SOA?

SOA(安全工作区域)是指安全工作区域,漏极 - 件组成的漏极电流ID。开关设备的电压和电流不应超过正常工作电压。范围有限。

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图1 SOA曲线示意图

对于功率半导体器件,可以安全可靠地操作的电流和电压范围称为安全工作区域。当电流和电压超过该范围时,可能会损坏设备,这可能容易引起电力电子设备的破坏性问题。任何功率半导体器件都需要提供安全的工作区域来测量器件的性能,同时为正确使用器件和设计电路参数提供依据。

SOA几乎可以在交换设备的所有数据表中找到。

SOA相关要点

SOA的有限范围通常是最大漏极电流ID(最大值)或最大漏极脉冲电流IDM,最大漏极 - 源极电压VD(MAX),最大允许耗散功率PD(MAX)或最大脉冲耗散功率PDM和传导。电阻器RDS(on)是联合确定的。

功率MOSFET的安全工作区SOA曲线通常由四个边界组成,其描述如下:

1.安全工作区域中SOA曲线左上角的边界对角线受功率MOSFET的导通电阻RDS(ON)的限制。

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图2 SOA受RDS(ON)限制

件下,因此该对角线的斜率为1/R(DS(ON))。然后VDS和ID之间的关系如下:

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RDS(ON)值的定义和范围可在MOSFET数据手册中找到,如下图所示:

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图3数据表中的RDS(ON)

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2.安全工作区域中SOA曲线的最右边垂直边界受最大漏源电压BVDSS限制,即漏源击穿电压。

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图4 SOA受BVDSS限制

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漏源击穿电压BVDSS限制器件工作的最大电压范围。在功率MOSFET的正常工作中,如果漏极和源极之间的电压过度增加,PN结会发生雪崩击穿,以确保器件安全。在关断过程中必须承受的漏极和源极之间的最大电压及其稳定状态应低于漏极 - 源极击穿电压BVDSS。

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漏源击穿电压BVDSS是功率MOSFET数据表中的标称最小值。如下图所示:

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图5数据表中的BVDSS

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3.安全工作区域中SOA曲线的最高水平线受最大脉冲漏极电流IDM(或连续漏极功率ID)的限制。

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图6 SOA受IDM限制

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一些SOA曲线将分别用DC和脉冲模式标记。应注意,IDM是脉冲操作状态的最大电流。通常,最大漏极脉冲电流IDM是连续漏极电流ID的3到4倍,因此需要脉冲电流。远高于连续直流电流。 IDM和ID在数据表中定义如下:

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图7数据表中的ID和IDM

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4.安全工作区域中与SOA曲线右上方平行的一组对角线是DC的功率损耗限制和不同的单脉冲宽度。

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图8 SOA受功率损耗的限制

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PD值通常在MOSFET的数据表中提供。 PD值是DC DC状态下的最大功率损耗,如下图所示:

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图9数据表中的PD

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通常需要计算不同脉冲宽度下的最大损耗功率PDM。

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计算DC最大功率损耗PD的公式为:

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Tjmax是最高结温,TC是壳温度,RθJC是稳态热阻。这三个值可以在数据表中找到。

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计算不同脉冲宽度下脉冲耗散功率PDM的公式为:

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其中Tjmax是最大结温,TC是壳温度,ZθJC是归一化的瞬态热阻系数,RθJC是稳态热阻。 ZθJC可以在MOSFET数据手册中的脉冲宽度和ZθJC图中找到,因此可以根据脉冲宽度计算PDM。

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图10脉冲宽度与归一化瞬态热阻之间的关系

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SOA注意事项

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在功率MOSFET数据手册中,相关的极限参数和安全工作区SOA曲线基于工作温度TC=25°C时的计算值。

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例如,MOS晶体管的BVDSS为600V,但该600V为25°C。如果在-25°C下工作,BVDSS可能仅为550V。如下图所示:

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图11不同温度下的BVDSS

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件。降额。

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例如,RDS(ON)值将在不同的工作温度,不同的脉冲电流或脉冲宽度下变化。温度-RDS(ON)特性曲线通常在功率MOSFET的数据手册中提供,如下图所示:

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图12温度-RDS(ON)关系图

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从RDS(ON)与温度之间的关系可以看出,当结温从25℃升高到110℃时,导通电阻加倍。温度越高,RDS(ON)限制的安全工作区域就越小。在实际应用中,有必要在特定的工作环境中定义一个具有导通电阻的安全工作区域。

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件降低和校正。

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SOA实测

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示波器SOA测试应用程序非常简单。使用电压和电流探头正常测试开关管的VDS和IDM,打开SOA分析功能,并根据数据表的SOA数据设置示波器的SOA参数。

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以FCP22N60N MOSFET为例,让我们看一下数据手册。连续运行模式的相关参数如下:

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图13 FCP22N60N数据表

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让我们设置示波器的SOA参数。 BVDSS对应于“电压极限值”,ID对应于“电流极限值”,PD对应于“功率极限值”,并且RDS(ON)对应于“Rds(on)极限值”。同时设置合适的电压和电流坐标范围(即电压电流最大值和最小值),参数设置界面如下图所示:

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图14参数设置界面

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件进行降级和校正。

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图15数据表中的SOA模板与SOA

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ZDS4000示波器的最新SOA功能还提供以下测试功能:

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创新性地支持脉冲宽度Tp的参数设置,并确定测试期间脉冲宽度是否达到Tp时间值;

支持导通电阻Rdson的参数设置,这会影响SOA模板的内部电阻定义区域;

支持连续测试,并计算通过和故障总数,此模式可用于连续烘烤机测试;

支持触摸(超出安全区域的波形)停止,自动截屏,语音提示操作;

安全工作区域可以通过电压,电流,功率限制设置,或由多个坐标点定制;

安全工作空间支持对数和线性坐标显示。

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图16示波器SOA测量

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