MOSFET이 극한 조건 또는 극심한 소산 상황에서 얼마나 많은 전력을 견딜 수 있는지 궁금하거나 걱정이되는 경우 장치의 SOA 수치를 확인해야합니다.

“디지털 멀티 미터로 커패시터 확인 ”

이 게시물에서는 MOSFET 데이터 시트에 나와있는 것처럼 안전 작동 영역 또는 SOA에 대해 포괄적으로 논의 할 것입니다.

다음은 일반적으로 모두에서 볼 수있는 MOSFET 안전 작동 영역 또는 SOA 그래프입니다. 텍사스 인스트루먼트 데이터 시트.

MOSFET SOA는 FET가 포화 영역에서 작동하는 동안 처리 할 수있는 최대 전력을 지정하는 크기로 설명됩니다.

SOA 그래프의 확대 된 모습은 아래의 다음 이미지에서 볼 수 있습니다.

위의 SOA 그래프에서 이러한 모든 제한과 경계를 볼 수 있습니다. 그리고 그래프에서 더 깊은 곳에서 우리는 다양한 개별 펄스 지속 시간에 대한 추가 제한을 찾습니다. 그리고 그래프 안의이 선들은 계산이나 물리적 측정을 통해 결정될 수 있습니다.

이전 및 이전 데이터 시트에서 이러한 매개 변수는 계산 된 값으로 추정되었습니다.

그러나 일반적으로 이러한 매개 변수를 실제로 측정하는 것이 좋습니다. 공식을 사용하여 평가하면 실제 응용 프로그램에서 FET가 허용 할 수있는 것보다 문자 그대로 훨씬 더 클 수있는 가상 값을 얻을 수 있습니다. 또는 매개 변수를 FET가 실제로 처리 할 수있는 것에 비해 너무 차분 할 수있는 수준으로 감소 (과도하게 보정) 할 수 있습니다.

따라서 다음 논의에서는 공식이나 시뮬레이션이 아닌 실제 실제 방법을 통해 평가되는 SOA 매개 변수를 배웁니다.

FET의 포화 모드와 선형 모드가 무엇인지 이해하는 것으로 시작하겠습니다.

선형 모드 대 포화 모드

위의 그래프에서 선형 모드는 RDS (on) 또는 FET의 드레인-소스 저항이 일정한 영역으로 정의됩니다.

즉, FET를 통과하는 전류는 FET를 통과하는 드레인-소스 바이어스에 정비례합니다. FET가 본질적으로 고정 저항과 유사하게 작동하기 때문에 종종 옴 영역이라고도합니다.

이제 FET에 대한 드레인 소스 바이어스 전압을 높이기 시작하면 결국 포화 영역으로 알려진 영역에서 작동하는 FET를 찾습니다. 일단 MOSFET 동작이 포화 영역으로 강제되면 MOSFET을 통해 드레인에서 소스로 이동하는 전류 (암페어)가 더 이상 드레인-소스 바이어스 전압 증가에 응답하지 않습니다.

따라서 드레인 전압을 얼마나 증가시키는 지에 관계없이이 FET는이를 통해 고정 된 최대 전류 레벨을 계속 전송합니다.

전류를 조작 할 수있는 유일한 방법은 일반적으로 게이트-소스 전압을 변경하는 것입니다.

그러나 이러한 상황은 일반적으로 선형 및 채도 영역에 대한 교과서 설명이기 때문에 약간 혼란스러운 것처럼 보입니다. 이전에 우리는이 매개 변수가 옴 영역으로 자주 언급된다는 것을 배웠습니다. 그럼에도 불구하고 몇몇 사람들은 실제로 이것을 선형 영역이라고 부릅니다. 아마도 사고 방식은, 음, 이것은 직선처럼 보이므로 선형이어야합니까?

핫스왑 애플리케이션에 대해 논의하는 사람들을 눈치 채면, 그들은 제가 선형 영역에서 일하고 있다는 것을 표현할 것입니다. 그러나 그것은 본질적으로 기술적으로 부적절합니다.

MOSFET SOA 이해

이제 FET 포화 영역이 무엇인지 알았으므로 이제 SOA 그래프를 자세히 검토 할 수 있습니다. SOA는 5 가지 개별 제한 사항으로 나눌 수 있습니다. 그들이 정확히 무엇인지 배우자.

RDS (on) 제한

회색으로 표시된 그래프의 첫 번째 선은 FET의 RDS (on) 제한을 나타냅니다. 그리고 이것은 장치의 온 저항으로 인해 FET를 통한 최대 전류량을 효과적으로 제한하는 영역입니다.

즉, MOSFET의 최대 허용 접합 온도에서 존재할 수있는 MOSFET의 가장 높은 온 저항을 나타냅니다.

우리는 R이 V를 I로 나눈 옴의 법칙에 따라이 선 내의 각 점이 동일한 양의 ON 저항을 가지고 있기 때문에이 회색 선이 양의 일정한 단일 기울기를 갖는 것을 관찰합니다.

현재 제한

SOA 그래프의 다음 제한 선은 현재 제한을 나타냅니다. 그래프에서 파란색, 녹색, 보라색 선으로 표시된 다양한 펄스 값을 볼 수 있으며 위쪽 검은 색 가로선은 400A로 제한됩니다.

RED 라인의 짧은 수평 부분은 약 200A에서 디바이스의 패키지 제한 또는 FET의 연속 전류 제한 (DC)을 나타냅니다.

최대 전력 제한

세 번째 SOA 제한은 주황색 경사 선으로 표시되는 MOSFET의 최대 전력 제한선입니다.

우리가 알다시피이 선은 일정한 기울기를 가지고 있지만 음의 기울기를 가지고 있습니다. 이 SOA 전력 제한 라인의 모든 지점은 P = IV 공식으로 표시되는 동일한 일정 전력을 전달하므로 일정합니다.

따라서이 SOA 로그 곡선에서는 기울기가 -1이됩니다. 음의 부호는 여기서 MOSFET을 통과하는 전류 흐름이 드레인-소스 전압이 증가함에 따라 감소한다는 사실 때문입니다.

이 현상은 주로 접합 온도가 증가함에 따라 소자를 통과하는 전류를 제한하는 MOSFET의 음의 계수 특성 때문입니다.

열 불안정성 제한

다음으로 안전 작동 영역에 걸친 네 번째 MOSFET 제한은 열 불안정 제한을 나타내는 노란색 경 사진 선으로 표시됩니다.

실제로 장치의 작동 용량을 측정하는 데 매우 중요한 것은 SOA의이 영역에 걸쳐 있습니다. 이 열 불안정 영역은 적절한 수단으로 예측할 수 없기 때문입니다.

따라서 FET가 고장날 수있는 곳과 특정 장치의 작동 능력이 정확히 무엇인지 알아 내기 위해이 영역의 MOSFET을 실제로 분석해야합니다.

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따라서 우리는이 최대 전력 제한을 노란색 선의 맨 아래까지 확장하면 갑자기 무엇을 찾을 수 있습니까?

MOSFET 고장 제한은 매우 낮은 수준에 도달하며, 이는 데이터 시트에 표시된 최대 전력 제한 영역 (주황색 기울기로 표시됨)에 비해 훨씬 낮은 값입니다.

또는 우리가 너무 보수적이라고 가정하고 사람들에게 노란색 선의 맨 아래 영역이 실제로 FET가 최대로 처리 할 수있는 영역이라고 말합니다. 글쎄요, 우리는이 선언으로 가장 안전한 편에 있을지 모르지만 우리는 합리적이지 않을 수도있는 장치의 전력 제한 기능을 과도하게 보상했을 수도 있습니다.

이것이 바로이 열 불안정 영역을 공식으로 결정하거나 주장 할 수 없지만 실제로 테스트해야하는 이유입니다.

항복 전압 제한

SOA 그래프의 다섯 번째 제한 영역은 검은 색 세로선으로 표시되는 항복 전압 제한입니다. 이는 FET의 최대 드레인-소스 전압 처리 용량 일뿐입니다.

그래프에 따르면이 장치는 100V BVDSS를 특징으로하며,이 검은 색 수직선이 100V 드레인 소스 마크에서 적용되는 이유를 설명합니다.

열 불안정에 대한 초기 개념을 조금 더 조사하는 것이 흥미로울 것입니다. 이를 수행하려면 '온도 계수'라는 문구를 간략하게 설명해야합니다.

MOSFET 온도 계수

MOSFET 온도 계수는 MOSFET의 접합 온도 변화에 따른 전류 변화로 정의 할 수 있습니다.

Tc = ∂ID / ∂Tj

따라서 데이터 시트에서 MOSFET의 전송 특성 곡선을 살펴보면 FET의 드레인-소스 전류 대 FET의 게이트-소스 전압 증가를 알 수 있습니다. 또한이 특성은 3에서 평가됩니다. 다른 온도 범위.

제로 온도 계수 (ZTC)

주황색 원으로 표시된 점을 보면 이것이 MOSFET의 제로 온도 계수 .

이 시점에서 디바이스의 접합 온도가 계속 증가하더라도 FET를 통한 전류 전송이 향상되지 않습니다.

∂I_디/ ∂T_제이 = 0 , 어디 나는_디 MOSFET의 드레인 전류, 티_제이 장치의 접합 온도를 나타냅니다.

“전기 부품을 납땜하는 방법 ”

이 영 온도 계수 (주황색 원)에 대한 영역을 살펴보면 섭씨 -55도에서 125도까지 이동할 때 FET를 통과하는 전류가 실제로 떨어지기 시작합니다.

∂I_디/ ∂T_제이 <0

이 상황은 MOSFET이 실제로 더 뜨거워지고 있지만 장치를 통해 소비되는 전력이 낮아지고 있음을 나타냅니다. 이는 실제로 장치가 불안정해질 위험이 없으며 장치 과열이 허용 될 수 있으며 BJT와 달리 열 폭주 상황의 위험이 없다는 것을 의미합니다.

그러나 온도 계수가 0 미만인 영역 (주황색 원)의 전류에서 장치의 온도 상승, 즉 -55도에서 125도 사이의 음의 전류 전송 용량이 발생하는 추세를 알 수 있습니다. 실제로 증가하는 장치.

∂I_디/ ∂T_제이 > 0

이것은 MOSFET의 온도 계수가 0보다 높은 지점에 있기 때문에 발생합니다. 그러나 반면에 MOSFET을 통한 전류 증가는 MOSFET의 RDS (on) (드레인 소스 저항)를 비례 적으로 증가시키고 장치의 체온을 점진적으로 증가시켜 더 많은 전류를 유도합니다. 장치를 통해 전송합니다. MOSFET이 포지티브 피드백 루프의이 영역에 들어가면 MOSFET 동작이 불안정해질 수 있습니다.

그러나 위의 상황이 발생할 수 있는지 여부를 아무도 알 수 없으며 이러한 종류의 불안정성이 MOSFET 내에서 발생할 수있는 예측을위한 쉬운 설계도 없습니다.

이는 셀 밀도 구조 자체 또는 MOSFET 본체 전체에 고르게 열을 방출하는 패키지의 유연성에 따라 MOSFET과 관련된 많은 매개 변수가있을 수 있기 때문입니다.

이러한 불확실성으로 인해 표시된 영역의 열 폭주 또는 열 불안정과 같은 요소는 각 특정 MOSFET에 대해 확인되어야합니다. 아니요, MOSFET의 이러한 속성은 최대 전력 손실 방정식을 적용하는 것만으로는 추측 할 수 없습니다.