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Si功率元件

實際工作中的電晶體適用性確認

確認平均功耗在額定功率範圍內

在本章中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。

本文將介紹右側流程圖的“⑥確認平均功耗在額定功率範圍內”。由於這一系列是以開關工作為前提介紹的,因此在第⑤步選擇的是“連續脈衝”。

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
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

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⑥確認平均功耗在額定功率範圍內

上一篇文章介紹了在實際使用溫度條件下進行必要的降額後也要在SOA範圍內的確認方法。本文將介紹在開關動作(連續脈衝)條件下求平均功耗、且判斷該平均功耗是否在額定功率範圍內的方法。這是因為如③中所述,SOA的條件為“單(single)脈衝”,因此像開關動作這樣的連續脈衝的情況下並不能簡單地應用。所以作為額外增加的確認,需要確認功耗是否在額定範圍內。在開關動作的情況下,由於反復重複電流流動且消耗功率的電晶體導通狀態和不消耗功率的關斷狀態,故需要求平均功耗。

開關動作時的平均功耗的求法

平均功耗是通過電晶體從關斷轉為導通(t1-t2)、導通期間(t2-t3)、從導通轉為關斷(t3-t4)、關斷期間(t4-t5)的各電壓與電流的積、即將功率按時間積分後的值相加並除以週期(T)來計算的。請參考下圖和公式。

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這裡使用①測量實際的電流/電壓波形中測量並記錄的開關的電壓/電流波形。

R6020ENZ的開關波形

20171031_graf_02

根據這個波形,並按照上述積分公式來計算。這是MOSFET的例子,如果是雙載子電晶體,則可以用集極極電流IC、集極極-射極極間電壓VCE以相同的方式來計算。

20171031_graf_03

通過計算求出的平均功耗如果在技術規格書中額定損耗的最大額定值以內,則可以判斷沒有問題。當然,需要在使用溫度條件下來確認是否則額定值範圍內。

下表是R6020ENZ的絕對最大額定值。表中的額定損耗PD為120W,條件為Tc=25℃,因此在其他條件下並不能單純地應用這個值。基於以上原因,我們來使用曲線圖。這是在“④確認在使用環境溫度下降額的SOA範圍內”中也用過的PD降額曲線圖。原則上是使用該曲線圖,通過將功耗換算為Tj的方式來判斷是否可以使用。

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總之都是需要求出Tj的,因此最終按“在使用溫度條件下,確認Tj未超過Tj的絕對最大額定值150℃”的思路來考慮可能更清晰明瞭。功耗已經知道了,接下來只要知道封裝的熱阻即可輕鬆地計算出結果來。下表也是從技術規格書中摘錄的。

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這個計算也就是求基本的Tj的計算,即Tj=功耗×熱阻+使用溫度(最大)。至於使用溫度是指定為Ta還是Tc,則哪個方便用哪個,都沒有問題。

確認功耗是否在額定範圍內的方法有幾種,不過最終還是判斷Tj是否在絕對最大額定值範圍內。關於Tj的計算,下次會更詳細地進行說明。

重點:

・在連續脈衝(開關工作)的情況下,求平均功耗,並確認額定損耗在額定值範圍內。

・最終的大原則還是判斷Tj是否超過了絕對最大額定值。


Silicon Power Devices Application Examples Utilizing the Merits