Trong bài đăng này, chúng tôi thảo luận về xếp hạng lở tuyết của MOSFET và tìm hiểu cách hiểu chính xác xếp hạng này trong biểu dữ liệu, cách nhà sản xuất kiểm tra thông số và các biện pháp bảo vệ MOSFET khỏi hiện tượng này.

Thông số tuyết lở không chỉ giúp xác minh độ chắc chắn của thiết bị mà còn giúp lọc ra các MOSFET yếu hơn hoặc những MOSFET dễ bị hỏng hơn hoặc có nguy cơ bị hỏng.

Xếp hạng MOSFET Avalanche là gì

Đánh giá tuyết lở MOSFET là năng lượng tối đa có thể chịu được (millijoule) mà MOSFET có thể chịu được, khi điện áp nguồn xả của nó vượt quá giới hạn điện áp đánh thủng tối đa (BVDSS).

Hiện tượng này thường xảy ra trong các mạch chuyển mạch MOSFET có tải cảm ứng qua đầu nối cống.

Trong các khoảng thời gian BẬT của chu kỳ chuyển mạch, cuộn cảm sạc và trong thời gian TẮT, cuộn cảm giải phóng năng lượng dự trữ của nó dưới dạng EMF trở lại qua nguồn của MOSFET.

Điện áp ngược này tìm đường đi qua đi-ốt cơ thể của MOSFET và nếu giá trị của nó vượt quá giới hạn chịu đựng tối đa của thiết bị, sẽ gây ra nhiệt cường độ cao phát triển trong thiết bị gây hại hoặc hư hỏng vĩnh viễn cho thiết bị.

MOSFET Avalanche được giới thiệu khi nào

Thông số Avalanche Năng lượng và dòng điện UIS (chuyển mạch cảm ứng không được tráng men) trên thực tế không có trong bảng dữ liệu MOSFET trước những năm 1980.

Và đó là khi nó phát triển không chỉ thành thông số kỹ thuật biểu dữ liệu, mà là thông số mà nhiều người tiêu dùng bắt đầu yêu cầu FET phải được kiểm tra trước khi chuyển thiết bị để sản xuất, đặc biệt, nếu MOSFET đang được thiết kế để cung cấp điện hoặc triển khai chuyển mạch.

Do đó, chỉ sau những năm 1980, thông số tuyết lở mới bắt đầu xuất hiện trong bảng dữ liệu, và sau đó các kỹ thuật viên quảng cáo bắt đầu hiểu rằng đánh giá tuyết lở càng lớn thì thiết bị càng có vẻ cạnh tranh.

Các kỹ sư bắt đầu xác định các kỹ thuật để thử nghiệm với tham số bằng cách điều chỉnh một số biến của nó, được sử dụng cho quá trình thử nghiệm.

Nói chung, năng lượng tuyết lở càng lớn thì MOSFET càng bền và mạnh. Do đó, đánh giá tuyết lở lớn hơn, thể hiện đặc điểm MOSFET mạnh hơn.

Hầu hết các bảng dữ liệu FET thông thường sẽ có tham số tuyết lở được bao gồm trong Bảng Xếp hạng Tối đa Tuyệt đối của chúng, có thể được tìm thấy trực tiếp trên trang mục nhập của bảng dữ liệu. Đặc biệt, bạn có thể xem các thông số ở đây được viết là Avalanche Current và Avalanche Energy, Eas.

“động cơ lồng sóc là gì ”

Do đó, trong biểu dữ liệu, MOSFET Avalanche Energy được trình bày dưới dạng lượng năng lượng mà MOSFET có thể chịu đựng trong khi nó đang chịu thử nghiệm tuyết lở hoặc khi đánh giá điện áp đánh thủng tối đa của MOSFET bị vượt qua.

Avalanche hiện tại và UIS

Đánh giá điện áp đánh thủng tối đa này được xác định thông qua Thử nghiệm dòng điện Avalanche, được thực hiện thông qua thử nghiệm Chuyển mạch cảm ứng không chèn hoặc thử nghiệm UIS.

Do đó, khi các kỹ sư thảo luận về dòng điện UIS, họ có thể đề cập đến dòng điện Avalanche.

Một bài kiểm tra Chuyển mạch cảm ứng không được thực hiện để tìm ra dòng điện và do đó năng lượng tuyết lở có thể gây ra lỗi MOSFET.

Như đã đề cập trước đó, các cường độ hoặc xếp hạng này phụ thuộc rất nhiều vào thông số kỹ thuật thử nghiệm, đặc biệt là giá trị cuộn cảm được áp dụng tại thời điểm thử nghiệm.

Kiểm tra thiết lập

Sơ đồ sau đây cho thấy một mạch thử nghiệm UIS tiêu chuẩn được thiết lập.

Do đó, chúng ta thấy một nguồn điện áp mắc nối tiếp với cuộn cảm L, cũng mắc nối tiếp với MOSFET đang được thử nghiệm. Chúng ta cũng có thể thấy trình điều khiển cổng cho FET có đầu ra mắc nối tiếp với điện trở cổng R của FET.

Trong hình ảnh dưới đây, chúng ta thấy, thiết bị điều khiển LTC55140, được sử dụng trong phòng thí nghiệm của Texas Instrument để đánh giá các đặc tính UIS của FET.

Sau đó, đặc tính UIS không chỉ giúp tìm ra xếp hạng biểu dữ liệu FET mà còn cả giá trị được sử dụng để quét FET trong quy trình thử nghiệm cuối cùng.

Công cụ cho phép tinh chỉnh giá trị cuộn cảm tải từ 0,2 đến 160 mili. Nó cho phép điều chỉnh điện áp xả của MOSFET được thử nghiệm từ 10 đến 150 volt.

Điều này, kết quả là có thể sàng lọc ngay cả những FET được đánh giá là chỉ xử lý điện áp đánh thủng 100 volt. Và, có thể áp dụng dòng điện từ 0,1 đến 200 ampe. Và đây là phạm vi hiện tại của UIS mà FET có thể phải chịu đựng trong quá trình thử nghiệm.

Ngoài ra, công cụ cho phép thiết lập các phạm vi nhiệt độ khác nhau của vỏ MOSFET, từ -55 đến +150 độ.

Thủ tục kiểm tra

Bài kiểm tra UIS tiêu chuẩn được thực hiện qua 4 giai đoạn, như minh họa trong hình ảnh sau:

Giai đoạn đầu tiên bao gồm kiểm tra trước rò rỉ, trong đó điện áp cung cấp nghiêng về cống FET. Về cơ bản, ý tưởng ở đây là cố gắng đảm bảo FET hoạt động theo cách bình thường như mong đợi.

Do đó, trong giai đoạn đầu tiên, FET bị tắt. Nó giữ cho điện áp cung cấp bị chặn qua các cực của daim-emitter mà không gặp phải bất kỳ loại dòng điện rò rỉ quá mức nào chạy qua nó.

Trong giai đoạn thứ hai, được gọi là tăng cường dòng điện Avalanche, FET được BẬT, làm cho điện áp xả của nó giảm xuống. Điều này dẫn đến dòng điện tăng dần qua cuộn cảm với một di / dt không đổi. Vì vậy, về cơ bản trong giai đoạn này, cuộn cảm được phép sạc lên.

Trong giai đoạn thứ ba, bài kiểm tra tuyết lở thực tế được thực hiện, nơi FET thực tế phải chịu trận lở tuyết. Trong giai đoạn này, FET bị tắt bằng cách loại bỏ sai lệch cổng của nó. Điều này dẫn đến một di / dt lớn đi qua cuộn cảm, làm cho điện áp xả của FET tăng cao hơn giới hạn điện áp đánh thủng của FET.

Điều này buộc FET phải trải qua đợt tuyết lở. Trong quá trình này, FET hấp thụ toàn bộ năng lượng được tạo ra bởi cuộn cảm và vẫn tắt, cho đến khi giai đoạn 4rth được thực hiện, liên quan đến kiểm tra rò rỉ sau

Trong giai đoạn 4rth này, FET một lần nữa phải chịu thử nghiệm tuyết lở lặp lại, chỉ để chắc chắn rằng MOSFET vẫn hoạt động bình thường hay không. Nếu đúng, thì FET được coi là đã vượt qua bài kiểm tra tuyết lở.

Tiếp theo, FET phải trải qua thử nghiệm trên nhiều lần nữa, trong đó mức điện áp UIS được tăng dần theo từng thử nghiệm, cho đến mức mà MOSFET không thể chịu được và không đạt được thử nghiệm sau rò rỉ. Và mức hiện tại này được ghi nhận là khả năng chịu đựng dòng UIS tối đa của MOSFET.

Tính toán MOSFET Năng lượng tuyết lở

Khi khả năng xử lý dòng UIS tối đa của MOSFET được nhận ra, khi thiết bị bị hỏng, các kỹ sư sẽ dễ dàng ước tính lượng năng lượng bị tiêu tán qua FET trong quá trình tuyết lở dễ dàng hơn nhiều.

Giả sử, toàn bộ năng lượng lưu trữ trong cuộn cảm đã bị tiêu tán vào MOSFET trong trận tuyết lở, độ lớn năng lượng này có thể được xác định bằng công thức sau:

LÀ_NHƯ= 1 / 2L x I_CỦA^hai

LÀ_NHƯcho chúng ta độ lớn của năng lượng được lưu trữ bên trong cuộn cảm, bằng 50% giá trị điện cảm nhân với bình phương dòng điện, chạy qua cuộn cảm.

Hơn nữa, quan sát thấy rằng khi giá trị cuộn cảm được tăng lên, lượng dòng điện gây ra sự cố MOSFET thực sự giảm.

Tuy nhiên, sự gia tăng kích thước cuộn cảm này trên thực tế bù đắp sự giảm dòng điện này trong công thức năng lượng ở trên theo cách mà giá trị năng lượng tăng lên theo đúng nghĩa đen.

Năng lượng tuyết lở hay dòng chảy tuyết lở?

Đây là hai tham số, có thể gây nhầm lẫn cho người tiêu dùng, trong khi kiểm tra biểu dữ liệu MOSFET để đánh giá tuyết lở.

Nhiều nhà sản xuất MOSFET cố ý kiểm tra MOSFET với các cuộn cảm lớn hơn, để chúng có thể có cường độ năng lượng tuyết lở lớn hơn, tạo ấn tượng rằng MOSFET được thử nghiệm để chịu được năng lượng tuyết lở khổng lồ, và do đó có độ bền cao hơn tuyết lở.

Nhưng phương pháp sử dụng cuộn cảm lớn hơn ở trên có vẻ sai lệch, đó chính là lý do tại sao các kỹ sư của Texas Instruments thử nghiệm với điện cảm nhỏ hơn theo thứ tự 0,1 mH, để MOSFET được thử nghiệm phải chịu dòng điện Avalanche cao hơn và mức ứng suất đánh thủng cực hạn.

Vì vậy, trong biểu dữ liệu, không phải năng lượng Avalanche, mà là dòng điện Avalanche phải lớn hơn về số lượng, sẽ hiển thị độ bền MOSFET tốt hơn.

Điều này làm cho thử nghiệm cuối cùng rất nghiêm ngặt và cho phép lọc ra càng nhiều MOSFET càng yếu càng tốt.

Giá trị kiểm tra này không chỉ được sử dụng làm giá trị cuối cùng trước khi bố trí FET được chuyển cho quá trình sản xuất, mà đây còn là giá trị được nhập vào biểu dữ liệu.

Trong bước tiếp theo, giá trị thử nghiệm trên được giảm giá trị 65%, để người dùng cuối có thể nhận được biên độ dung sai lớn hơn cho MOSFET của họ.

Vì vậy, ví dụ: nếu dòng tuyết lở được thử nghiệm là 125 Amps, giá trị cuối cùng được nhập vào biểu dữ liệu sẽ là 81 Amps, sau khi giảm giá.

MOSFET Avalanche Hiện tại so với Thời gian đã dành trong Avalanche

Một tham số khác được liên kết với MOSFET công suất và được đề cập trong biểu dữ liệu, đặc biệt đối với MOSFET được thiết kế cho các ứng dụng chuyển đổi là Khả năng hiện tại của Avalanche so với Thời gian sử dụng trong Avalanche. Thông số này thường được hiển thị đối với nhiệt độ trường hợp của MOSFET là 25 độ. Trong quá trình thử nghiệm, nhiệt độ trường hợp được tăng lên 125 độ.

Trong tình huống này, nhiệt độ vỏ MOSFET của MOSFET rất gần với nhiệt độ tiếp giáp thực tế của khuôn silicon của MOSFET.

Trong quy trình này khi nhiệt độ tiếp giáp của thiết bị tăng lên, bạn có thể thấy một lượng suy giảm nhất định là khá bình thường? Tuy nhiên, nếu kết quả cho thấy mức độ suy giảm cao, điều đó có thể cho thấy dấu hiệu của một thiết bị MOSFET vốn đã yếu.

Do đó, từ quan điểm thiết kế, một nỗ lực được thực hiện để đảm bảo rằng sự xuống cấp không vượt quá 30% khi nhiệt độ tăng trong trường hợp từ 25 đến 125 độ.

Cách bảo vệ MOSFET khỏi dòng điện lở

Như chúng ta đã học được từ các cuộc thảo luận ở trên, tuyết lở trong MOSFET được phát triển do chuyển mạch EMF trở lại cảm ứng điện áp cao thông qua diode thân của MOSFET.

Nếu điện áp EMF trở lại này vượt quá định mức tối đa của diode thân, sẽ gây ra hiện tượng sinh nhiệt cực lớn trong thiết bị và gây hư hỏng sau đó.

Điều này ngụ ý rằng nếu điện áp EMF cảm ứng được phép đi qua một điốt rẽ nhánh được đánh giá thích hợp bên ngoài, qua bộ phát xả của FET có thể giúp ngăn chặn hiện tượng tuyết lở.

Sơ đồ sau đây gợi ý thiết kế tiêu chuẩn của việc bổ sung một diode phát xả bên ngoài để gia cố cho diode bên trong của MOSFET.