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Si功率元件

實際工作中的電晶體適用性確認

確認在實際使用溫度降額後的SOA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④確認在使用環境溫度下降額的SOA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
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

170525_si_01

④確認在使用環境溫度下降額的SOA範圍內

前一篇就什麼是SOA以及相對圖表等的使用方法等進行了說明,還強調了一些注意事項。本文將結合其注意事項之一“SOA曲線圖資料為環境(周圍,Ta)溫度25℃時的資料”,通過計算實際使用溫度下的SOA,確認恰當的電晶體使用條件。在本文標題中已經使用了“降額”這個詞,這是因為實際的工作環境溫度大多數情況下高於25℃,致使需要進行25℃的SOA降額。

什麼是SOA的降額?

我想您應該明白“降額”的含義。有關SOA也是一樣,對於25℃條件下給出的資料,在實際使用電晶體的更高溫度條件下,需要降低電流和電壓等來作為SOA(安全工作區)。下面是雙載子電晶體和MOSFET的SOA降額示意圖。

20170926_graf_01

SOA的降額基本上以“額定功率”即“熱”來考量,最終以Tjmax來考量。舉個普通的例子,從上圖中可知,雙載子電晶體在熱限制區的降額為0.8%/℃,二次擊穿區的降額為0.5%/℃。另外還給出了MOSFET因導通電阻增加帶來的最大電流降額和熱限制區降額0.8%/℃。

下面再具體一點進行說明。下圖摘自技術規格書,是這裡用來舉例的MOSFET R6020ENZ的SOA曲線圖和額定功率損耗的降額曲線圖。

20170926_graf_02

這裡實際的電晶體Tj為75℃。前面談的都是環境溫度(即Ta),但從電晶體額定損耗的角度考量的話,最終還是需要探討Tj的。

來稍微整理一下溫度的關係。上一篇文章提到的注意事項中有“資料為單脈衝條件下的資料”。連續使用時的條件稍微麻煩些,不過加上單脈衝的條件可以認為Ta≒Tj。這是一般的解釋,是基於“因為是短時間的脈衝,所以電晶體基本沒有晶片溫升”來考慮的。包括電晶體在內的半導體元件的參數試驗中,在伴隨著發熱的情況下通常通過脈衝試驗使Ta≒Tj的情況很多。因此,該SOA資料按Ta≒Tj≒25℃來考慮。

而另一方面,電晶體需要根據損耗功率、封裝熱阻θja和Ta、或θjc和Tc求Tj。由於熱計算是很普通的,所以在這裡省略相對介紹。

從上圖左側的額定功率損耗的降額曲線可以看出,相對於Tj=25℃,Tj=75℃時需要降額至60%。接下來只需要使用該比率,像示例計算中那樣進行降額即可。如果有必要,先求出(100%-60%)÷|25℃-75℃|=0.8%/℃這個比率係數就可以很快計算出來,也可以像曲線圖中的藍線一樣繪製一條SOA的降額曲線。

最後,確認電晶體的實際使用條件是否在降額的SOA範圍內,並判斷使用條件是否恰當。

重點:

・SOA曲線圖是Ta=25℃的資料,因此需要根據電晶體的實際使用溫度對SOA進行降額。

・降額的比率使用容許損耗的降額比率。


Silicon Power Devices Application Examples Utilizing the Merits