Cómo leer las especificaciones MOSFET

Cómo leer las especificaciones MOSFET

    Como ingeniero y técnico en suministro de energía, creo que todos están familiarizados con MOSFET. En el foro de poder, sobre MOSFET

La publicación también tiene todo: características de la estructura MOSFET / principio de funcionamiento, tecnología de accionamiento MOSFET, selección MOSFET, MOSFET

Sobre los cálculos de pérdidas, los expertos del foro y los héroes han publicado varias publicaciones, y no me atrevo a decir nada más en estas áreas.

Cuando los ingenieros desean elegir un determinado tipo de MOSFET, lo primero que deben leer es la especificación / hoja de datos. Cuando obtengamos la especificación / hoja de datos MOSFET, ¿cómo entendemos el contenido de la docena a docenas de páginas? El propósito de esta publicación es compartir con ustedes mi comprensión de la especificación / hoja de datos MOSFET y algunos puntos de vista. Señale cualquier error o incorrección. También espero que compartan algunas de sus opiniones y aprendan juntos. PD: 1. La especificación / hoja de datos en el siguiente contenido se denomina colectivamente hoja de datos 2. Las capturas de pantalla de datos de la hoja de datos MOSFET en esta publicación son de Infineon IPP60R190C6 datasheet1VDSDatasheet

El primer parámetro eléctrico en el tablero es V (BR) DSS, que es el voltaje de ruptura de DS, que es el voltaje de resistencia del MOSFET que nos interesa.

Aquí, el valor mínimo de V (BR) DSS es 600V, ¿significa que mientras el voltaje en el MOSFET no exceda 600V en el diseño?

¿Puede MOSFET trabajar en un estado seguro?

Creo que la respuesta de muchas personas es "¡Sí!". Solía pensarlo, pero la respuesta correcta es "¡No!"

Este parámetro es condicional.El valor mínimo de 600 V es el valor en Tj = 25 ℃, es decir, solo cuando Tj = 25 ℃, el voltaje en el MOSFET no excede los 600 V para que se considere que funciona en un estado seguro.

MOSFET

V (BR) DSS tiene un coeficiente de temperatura positivo. De hecho, hay un diagrama de la relación entre V (BR) DSS y Tj en la hoja de datos (Tabla 17), como sigue: Si la fuente de alimentación se usa en un lugar frío, la temperatura ambiente es tan baja como -40 ° C o incluso más baja Si el MOSFET

Valor V (BR) DSS

Por lo tanto, en el uso de MOSFET, retendremos un cierto margen de voltaje VDS, uno de los cuales es tener en cuenta el MOSFET de baja temperatura

El valor de V (BR) DSS se ha reducido. Otro punto es hacer frente a los picos de voltaje de VDS dentro y fuera de varias condiciones malas. 2ID cree que todo el mundo sabe que los MOSFET se nombraron originalmente como xA, xV (como 20N60 ~), y cambiaron gradualmente al método de denominación de Rds (encendido) y voltaje (como IPx60R190C6, 190 se refiere a Rds (encendido) ~) De hecho, el cambio de actual a Rds (encendido) indica que ID y Rds (encendido) están directamente relacionados, entonces, ¿cuál es la relación entre ellos? Antes de explicar la relación entre ID y Rds (encendido), tengo que hablar con usted sobre el empaque y la temperatura de la unión: 1) Empaque: ¿Cuáles son las condiciones que afectan nuestra elección de MOSFET? a) Consumo de energía y rendimiento de disipación de calor -> Por ejemplo: un paquete grande puede soportar mayores pérdidas que un paquete pequeño; los sellos de hierro tienen un mejor rendimiento de disipación de calor que los paquetes de plástico. b) Para los MOSFET de alto voltaje, se debe considerar la distancia de fuga -> Los MOSFET de alto voltaje no están empaquetados en SO-8, porque la distancia de fuga entre G / D / S no es suficiente. C) Los parámetros parásitos deben considerarse para los MOSFET de bajo voltaje -> los pines traerán inductancia y resistencia parásitas adicionales , La inductancia parásita a menudo afectará la señal de conducción, y la resistencia parásita afectará el valor de Rds (on) d) Espacio / Volumen -> Para algunas fuentes de alimentación con requisitos estrictos en el volumen, el SMD MOSFET parece tener una ventaja 2). Temperatura: La temperatura máxima de unión del MOSFET Tj_max = 150 ℃. Exceder esta temperatura dañará el MOSFET. Se recomienda no exceder el 70% ~ 90% en el uso real. Tj_max. Volver al tema, MOSFET

La relación entre ID y Rds (activado):

(1)

La relación entre la pérdida que puede soportar el paquete y el rendimiento de disipación de calor (resistencia térmica) del paquete (2)

La pérdida causada por el MOSFET a través de la ID actual (1),

(2) Simultáneamente, se calcula la relación entre ID y Rds_on. Hoy vi un documento que mencionaba que la vida de MOSFET está relacionada con la temperatura. (Cuadro rojo en la figura a continuación) 3Rds (on) se puede ver en el gráfico de MOSFET Rds (on) y Tj: Tj aumenta y Rds (on) aumenta, es decir, Rds (on) es un coeficiente de temperatura positivo. Esta característica de MOSFET hace Los MOSFET son fáciles de usar en paralelo. 4Vgs (th) Creo que este valor es familiar para todos, pero ¿cuántas personas saben que Vgs (th) es un coeficiente de temperatura negativo, ¿sabes? (Las siguientes dos imágenes son de las hojas de datos BSC010NE2LS e IPP075N15N3 G). Creo que muchas personas no notarán la característica de Vgs (th). Esto también es normal, porque no existe tal imagen en la hoja de datos del MOSFET de alto voltaje. Esto es posible. Esto se debe a que el valor Vgs (th) del MOSFET de alto voltaje generalmente es superior a 2.5V, y es de aproximadamente 2V a alta temperatura. Pero para los MOSFET de bajo voltaje, es un poco diferente. El Vgs (th) de muchos MOSFET de bajo voltaje es muy bajo a temperatura ambiente. Por ejemplo, el Vgs (th) de BSC010NE2LS es 1.2V ~ 2V, y el mínimo debe estar cerca de 0.8V a altas temperaturas. Un pequeño pico en la puerta puede hacer que el MOSFET se encienda por error y hacer que todo el sistema eléctrico sea anormal. Por lo tanto, debe prestar atención al coeficiente de temperatura negativo característico de Vgs (th) al usar MOSFET de bajo voltaje. ! 5Ciss, Coss, CrssMOSFET

Modelo equivalente con capacitancia parasitaria

La capacitancia de Ciss = Cgd + Cgs, Coss = Cgd + Cds, Crss = CgdCiss, Coss y Crss se cambian con el cambio de voltaje VDS, como se muestra en la siguiente figura: En la topología LLC, la reducción del tiempo muerto puede mejorar la eficiencia. Pero un tiempo muerto demasiado pequeño hará que ZVS sea imposible. Por lo tanto, elegir un MOSFET con un Coss más pequeño cuando VDS está en baja tensión puede facilitar que LLC logre ZVS, y el tiempo muerto puede reducirse adecuadamente, mejorando así la eficiencia. 6Qg, Qgs, Qgd se pueden ver en esta figura: 1. Qg no es igual a Qgs + Qgd! ! 2. El Vgs es alto, el Qg es grande y el Qg es grande, la pérdida de conducción es grande. La curva 7SOASOA se puede dividir en 4 partes:

1). El límite de Rds_on, como se muestra en la figura cerca de la línea roja en la siguiente figura: Cuando VDS = 1V, la ID correspondiente al eje Y es 2A, Rds = VDS / ID = 0.5R ==> Tj = 150 ℃, Rds ( on) es aproximadamente 0.5R. Cuando VDS = 10V, la ID correspondiente al eje Y es 20A, Rds = VDS / ID = 0.5R ==> Tj = 150 ℃, Rds (on) es aproximadamente 0.5R. Entonces, esto En algunas de las curvas, SOA es el límite de RDS (activado) en Tj_max. Las hojas de datos MOSFET a menudo solo tienen SOA en Tc = 25 y 80 ℃, pero en aplicaciones reales no sucederá que esté en Tc = 25 u 80 ℃. Tiene que encontrar una manera de convertir el SOA a 25 ° C u 80 ° C en la curva en la Tc real. ¿Cómo convertir? Los interesados pueden expresar sus opiniones ... 2). El límite máximo de corriente de pulso, la parte cerca de la línea roja en la figura a continuación es el límite máximo de corriente de pulso del MOSFET, y esta corriente máxima corresponde a ID_pulse. 3). VBR (DSS) Límite de voltaje de ruptura, la parte cerca de la línea roja en la figura a continuación es el límite de MOSFET VBR (DSS). El voltaje máximo no puede exceder VBR (DSS) ==> Entonces, en una avalancha, el diagrama SOA no tiene sentido 4). El límite de pérdida máxima que se puede soportar ¿Cómo surgió la curva anterior cerca de la línea roja en la figura a continuación? Aquí analizamos la línea (10us) cerca de la línea roja en la figura. En la figura anterior, un voltaje y corriente son 88V y 59A, y dos voltajes y corrientes son 600V y 8.5A. MOSFET debe funcionar en SOA, es decir, la temperatura de unión de MOSFET no debe exceder Tj_max (150 ℃), Tj_max = Tc + PD * ZthJC, ZthJC es la resistencia térmica transitoria.

En el diagrama SOA, D = 0, que es un pulso único, y el tiempo en la línea cerca de la línea roja es 10us, que es 10 ^ -5s. Desde la curva de resistencia térmica transitoria, puede obtener ZthJC = 2.4 * 10 ^ -2. Los parámetros se pueden calcular: Tj en 1 es aproximadamente: 25 + 88 * 59 * 2.4 * 10 ^ -2 = 149.6 ℃ Tj en 2 es aproximadamente: 25 + 600 * 8.5 * 2.4 * 10 ^ -2 = 147.4 ℃

Las hojas de datos MOSFET a menudo solo tienen SOA en Tc = 25 y 80 ℃, pero en aplicaciones reales no será Tc = 25 u 80 ℃. En este momento, tenemos que encontrar una manera de convertir SOA en 25 ℃ u 80 ℃ en Tc real. Curva de tiempo. ¿Cómo convertir? Si está interesado, puede expresar su opinión ~ Convierta el SOA a 25 ℃ en la curva a 100 ℃: 1) Tome cualquier punto del SOA a 25 ℃ y lea la información como VDS, ID, hora, etc.

Como se muestra en la figura anterior, 1 voltaje y corriente son respectivamente: 88V, 59A, tp = 10us y calcular el consumo de energía correspondiente: PD = VDS * ID = 88 * 59 = 5192 (a) PD = (Tj_max-Tc) / ZthJC - > Esta cifra corresponde a Tc = 25 ℃ (b) (a), (b) se combinan y se puede obtener ZthJC = (Tj_max-25) /PD=0.0242). Para la misma línea tp SOA, transitoria térmica La resistencia ZthJC permanece sin cambios, Tc = 100 ℃, ZthJC = 0.024.3). En la figura anterior, el voltaje en 1 punto es 88V, cuando Tc = 100 ℃, PD = (Tj_max-100) / ZthJC = 2083 para que el valor máximo pueda calcularse en este momento La corriente es I = PD / VDS = 2083/88 = 23.67A4). El mismo método se puede usar para calcular la corriente máxima cuando el voltaje es 600V y Tc = 100 ℃. 5). Marque las coordenadas del voltaje y la corriente en el gráfico, puede obtener 10us La línea SOA, el mismo método puede obtener otro tp SOA correspondiente (por supuesto, el SOA obtenido aquí debe combinarse con otras restricciones cuando Tc = 100 ℃). El foco aquí es ZthJC, la resistencia térmica transitoria está en las mismas condiciones tp y D Lo siguiente es lo mismo, combinado con el consumo de energía, obtener la corriente bajo diferentes condiciones de voltaje Otro problema, ZthJC / cálculo de resistencia térmica transitoria: 1. Cuando el ciclo de trabajo D no está en la curva ZthJC, ¿cómo calcularlo? 2. Cuando tp1) .Cuando el ciclo de trabajo D no está en la curva ZthJC: (donde, SthJC (t) es la resistencia térmica transitoria correspondiente al pulso único) 2. Cuando tp8AvalancheEAS: energía de avalancha única, EAR: energía de avalancha repetida, IAR: formas de onda típicas de VDS e ID durante la avalancha de corriente de avalancha repetida: después de que se expande la figura anterior, es la siguiente: cuando el MOSFET es avalancha, la característica importante en la forma de onda es que el voltaje VDS está sujeto, es decir, el VDS en la figura anterior tiene una plataforma obvia

La generación de avalancha MOSFET:

En la estructura MOSFET, en realidad hay un triodo parásito, como se muestra en la figura anterior. En el diseño de MOSFET, se tomarán varias medidas para que el transistor parásito sea ineficaz, como reducir la resistencia lateral RB en el cuerpo P +. En circunstancias normales, la corriente que fluye a través de RB es muy pequeña, el VBE del transistor parásito es aproximadamente igual a 0 y el transistor está apagado. Cuando ocurre una avalancha, si la corriente de avalancha que fluye a través de RB alcanza un cierto nivel, VBE es mayor que el voltaje de encendido del transistor VBE, y el transistor parásito se enciende, lo que hará que el MOSFET no se apague normalmente y dañe el MOSFET. Por lo tanto, la capacidad de avalancha de MOSFET se refleja principalmente en los siguientes dos aspectos: 1. Corriente máxima de avalancha ==> IAR 2. Temperatura máxima de unión de MOSFET Tj_max ==> EAS, EAR Aumento de temperatura causado por el calor causado por la energía de avalancha

1) Cálculo de la energía de avalancha simple: La figura anterior es una forma de onda típica de avalancha VDS, ID, la energía de avalancha única correspondiente es:

Entre ellos, VBR = 1.3BVDSS, L es el inductor que proporciona energía de avalancha

El circuito de prueba típico para la energía de avalancha es el siguiente:

Después de calcular el EAS, compare el valor de EAS en la hoja de datos, si está dentro del rango de la hoja de datos, puede considerarse seguro (por supuesto, la premisa es la corriente de avalancha, pero también tenga en cuenta que EAS disminuye con el aumento de la temperatura de la unión, como se muestra en la figura a continuación :

2) EAR de energía de avalancha repetido:

La imagen de arriba es una forma de onda de avalancha repetida típica, y la energía de avalancha repetida correspondiente es:

Entre ellos, VBR = 1.3BVDSS. Después de calcular el EAR, compare el valor EAR en la hoja de datos. Si está dentro del rango de la hoja de datos, puede considerarse seguro (aquí la corriente de avalancha repetida predeterminada también debe considerar el efecto de la temperatura de la unión. 9 Diodo corporal Parámetro VSD, caída de tensión directa del diodo ==> Este parámetro no es el foco de atención, trr, tiempo de recuperación inversa del diodo ==> cuanto menor, mejor, Qrr, carga de recuperación inversa ==> Qrr está relacionado con la pérdida de conmutación de MOSFET , Cuanto más pequeño, mejor, más pequeño es el trr, más pequeño será el valor. 10 Se seleccionan diferentes MOSFET topológicos para diferentes topologías, ¿cuáles son los diferentes requisitos para los parámetros MOSFET? ¿Cómo elegir un MOSFET adecuado?

Invite a todos a expresar sus opiniones y puntos de vista 1). Flyback: Debido a la inductancia de fuga del transformador, el MOSFET tendrá un cierto pico. Por lo tanto, al elegir MOSFET para flyback, debemos prestar atención al valor de voltaje de resistencia. En general, para la entrada de voltaje completo, el voltaje de resistencia MOSFET (BVDSS) debe estar por encima de 600V, generalmente 650V. Si se trata de un QR flyback, para mejorar la eficiencia, haremos que el voltaje del valle del MOSFET se active lo más bajo posible. En este momento, necesitamos tomar un voltaje reflejado ligeramente mayor, de modo que el voltaje de resistencia del MOSFET valga más, generalmente 800V MOSFET.

2)