MOSFET规格书/datasheet该如何理解
损耗大
7、SOASOA曲线可以分为4个部分:
1). Rds_on的限制,如下图红色线附近部分
此图中:当VDS=1V时,Y轴对应的ID为2A,Rds=VDS/ID=0.5R ==>Tj=150℃时,Rds(on)约为0.5R.当VDS=10V时,Y轴对应的ID为20A,Rds=VDS/ID=0.5R ==>Tj=150℃时,Rds(on)约为0.5R.所以,此部分曲线中,SOA表现为Tj_max时RDS(on)的限制.
MOSFET datasheet上往往只有Tc=25和80℃时的SOA,但实际应用中不会刚好就是在Tc=25或者80℃,这时候就得想办法把25℃或者80℃时的SOA转换成实际Tc时的曲线。怎样转换呢?有兴趣的可以发表一下意见......
2).最大脉冲电流限制,如下图红色线附近部分
此部分为MOSFET的最大脉冲电流限制,此最大电流对应ID_pulse.
3). VBR(DSS)击穿电压限制,如下图红色线附近部分
此部分为MOSFET VBR(DSS)的限制,最大电压不能超过VBR(DSS) ==>所以在雪崩时,SOA图是没有参考意义的
4). 器件所能够承受的最大的损耗限制,如下图红色线附近部分
上述曲线是怎么来的?这里以图中红线附近的那条线(10us)来分析。
上图中,1处电压、电流分别为:88V, 59A,2处电压、电流分别为:600V, 8.5A。
MOSFET要工作在SOA,即要让MOSFET的结温不超过Tj_max(150℃),Tj_max=Tc+PD*ZthJC, ZthJC为瞬态热阻.
SOA图中,D=0,即为single pulse,红线附近的那条线上时间是10us即10^-5s,从瞬态热阻曲线上可以得到ZthJC=2.4*10^-2
从以上得到的参数可以计算出:
1处的Tj约为:25+88*59*2.4*10^-2=149.6℃
2处的Tj约为:25+600*8.5*2.4*10^-2=147.4℃
MOSFET datasheet上往往只有Tc=25和80℃时的SOA,但实际应用中不会刚好就是在Tc=25或者80℃,这时候就得想办法把25℃或者80℃时的SOA转换成实际Tc时的曲线。怎样转换呢?
有兴趣的可以发表一下意见~
把25℃时的SOA转换成100℃时的曲线:
1). 在25℃的SOA上任意取一点,读出VDS, ID,时间等信息
如上图,1处电压、电流分别为:88V, 59A, tp=10us
计算出对应的功耗:PD=VDS*ID=88*59=5192 (a)
PD=(Tj_max-Tc)/ZthJC -->此图对应为Tc=25℃ (b)
(a),(b)联立,可以求得ZthJC=(Tj_max-25)/PD=0.024
2). 对于同样的tp的SOA线上,瞬态热阻ZthJC保持不变,Tc=100℃,ZthJC=0.024.
3). 上图中1点电压为88V,Tc=100℃时,PD=(Tj_max-100)/ZthJC=2083
从而可以算出此时最大电流为I=PD/VDS=2083/88=23.67A
4). 同样的方法可以算出电压为600V,Tc=100℃时的最大电流
5). 把电压电流的坐标在图上标出来,可以得到10us的SOA线,同样的方法可以得到其他tp对应的SOA(当然这里得到的SOA还需要结合Tc=100℃时的其他限制条件)
这里的重点就是ZthJC,瞬态热阻在同样tp和D的条件下是一样的,再结合功耗,得到不同电压条件下的电流
另外一个问题,ZthJC/瞬态热阻计算:
1. 当占空比D不在ZthJC曲线中时,怎么计算?
2. 当tp<10us是,怎么计算?
1). 当占空比D不在ZthJC曲线中时:(其中,SthJC(t)是single pulse对应的瞬态热阻)
2. 当tp<10us时:
EAS:单次雪崩能量,EAR:重复雪崩能量,IAR:重复雪崩电流
雪崩时VDS,ID典型波形:
上图展开后,如下:
MOSFET雪崩时,波形上一个显著的特点是VDS电压被钳位,即上图中VDS有一个明显的平台
MOSFET雪崩的产生:
在MOSFET的结构中,实际上是存在一个寄生三极管的,如上图。在MOSFET的设计中也会采取各种措施去让寄生三极管不起作用,如减小P+Body中的横向电阻RB。正常情况下,流过RB的电流很小,寄生三极管的VBE约等于0,三极管是处在关闭状态。雪崩发生时,如果流过RB的雪崩电流达到一定的大小,VBE大于三极管VBE的开启电压,寄生三极管开通,这样将会引起MOSFET无法正常关断,从而损坏MOSFET。
因此,MOSFET的雪崩能力主要体现在以下两个方面:
1. 最大雪崩电流 ==>IAR
2. MOSFET的最大结温Tj_max ==>EAS、EAR 雪崩能量引起发热导致的温升
1)单次雪崩能量计算:
上图是典型的单次雪崩VDS,ID波形,对应的单次雪崩能量为:
其中,VBR=1.3BVDSS, L为提供雪崩能量的电感
雪崩能量的典型测试电路如下:
计算出来EAS后,对比datasheet上的EAS值,若在datasheet的范围内,则可认为是安全的(当然前提是雪崩电流 2)重复雪崩能量 EAR: 上图为典型的重复雪崩波形,对应的重复雪崩能量为: 其中,VBR=1.3BVDSS. 计算出来EAR后,对比datasheet上的EAR值,若在
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