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Si功率元件

實際工作中的電晶體適用性確認

確認在SOA(安全工作區)範圍內

在本章中將介紹判斷所選的電晶體在實際工作中是否適用的方法和步驟。

本篇將介紹右側流程圖的③確認在SOA(安全工作區)範圍內。

測量實際的電流/電壓波形
確認在絕對最大額定值範圍內
③確認在SOA(安全工作區)範圍內
④確認在使用環境溫度下降額的SOA範圍內
⑤連續脈衝(開關工作)
⑥確認平均功耗在額定功率範圍內
⑦確認晶片溫度認

170525_si_01

③確認在SOA(安全工作區)範圍內

SOA(Safe Operating Area:安全工作區)是用來確認電晶體是否在安全的條件下工作的資訊。基本上圖表中所示為在汲極電流ID和汲極-源極間電壓VDSS的關係中,對於額定電壓/電流、額定功率(發熱)來說安全的、即不至於損害可靠性、不至於損壞的範圍。

下面是這裡用來舉例的MOSFET R6020ENZ的SOA圖表,是從技術規格書中摘錄的。

20170829_graf_01

使用這張圖表來判斷電路的工作狀態是否在SOA範圍內。不過該資料中存在一些必須注意的條件。

・條件為單(單一)脈衝(在本例中脈衝寬度有3種)。不適用重複脈衝、即連續的開關。
 存在重複脈衝時,所有的脈衝必須在SOA範圍內,而且⑥所計算的平均外加功率必須在額定功率以下。
・溫度條件大多為Ta=25℃。
・基本上都是參考值而非保證值。
・電晶體的安裝條件等不同結果也不同。

有這些限制的話,基本能確認在實際的條件中能否適用。但是,例如包裝熱阻雖然是已知的,但打件狀態下的熱阻取決於打件條件。另外,“單脈衝”的條件也可能會變成5次、100次等不著邊際的條件。所以,希望能認識到這些是在可某種程度明確化的條件下能夠提供的內容。實際上會根據平均值和換算、以及後續會介紹的降額來作出判斷。

何謂“SOA損壞”

工作過程中如果條件超出SOA範圍,則可能發生損壞。正常工作的條件理應不會超出SOA範圍,但由於正常工作中不會發生的過電壓、短絡等導致保持外加電壓的狀態下產生過電流等現象,就會因瞬間局部發熱而損壞。

另外,也有由於熱設計不當和高重複頻率,電晶體晶片的散熱不充分,導致連續發熱,超過頻道的額定溫度,引起熱失控而損壞的情況。

20170829_graf_02

下一篇將介紹④確認在使用環境溫度下降額的SOA範圍內。

重點:

・SOA(Safe Operating Area:安全工作區)是用來確認電晶體是否在安全的條件下工作的資訊。

・基本上圖表中所示為在D與VDSS之間的關係中,對於額定電壓/電流、額定功率(發熱)來說安全的範圍。

・認真確認SOA的條件,考慮到與實際使用條件的差異之處後再使用。


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