Во время проведения испытаний при одиночных импульсах с лавинным процессом температура перехода быстро увеличивается. Так как температура перехода увеличивается, коэффициент усиления паразитного биполярного транзистора тоже увеличивается, а потенциал перехода VBE уменьшается. Поэтому, хотя полевой транзистор MOSFET вероятнее всего и не выйдет из строя на ранних этапах работы в условиях лавинного процесса, отказ может произойти позже, потому что критический ток пробоя достигается при возрастании температуры перехода. Данные рабочие характеристики определяют два параметра, обычно ограничивающие способность мощных транзисторов работать с лавинным процессом, а именно, максимальное значение критического тока и максимальная температура кристалла. Из-за взаимозависимости между этими двумя параметрами наиболее неблагоприятный режим возникает при их комбинации, который обычно не возникает при проведении испытания с одиночным импульсом, приведенного в справочнике. Но с ним (режимом) можно столкнуться в реальных условиях работы.
Рис. 3. Схема проведения испытаний лавинного процесса при одиночном импульсе
С какими видами отказов можно столкнуться во время проведения данного вида испытаний? Согласно рис. 1, на котором приведено типичное поперечное сечение мощного транзистора с ДМОП-структурой, существует паразитная структура биполярного NPN-транзистора, коллектор которого — n-эпитаксиальная дрейфовая область, с подложкой, сформированной из шейной области мощного MOSFET полевого транзистора, а эмиттер сформирован n+-слоем истока. При нормальных условиях переход база/эмиттер фактически закорочен алюминиевой металлизацией истока MOSFET полевых транзистора. В MOSFET полевом транзисторе могут возникнуть проблемы, если есть недостатки по качеству изготовления области между базой и эмиттером, или если в структуре канала присутствует существенное сопротивление шейной области. В результате протекания электрического тока лавинного процесса может возникнуть разность потенциалов, достаточная для достижения уровня напряжения включения перехода база/эмиттер (Б/Э). При этом паразитный биполярный транзистор переходит в открытое состояние. Напряжение VCBO на данном паразитном транзисторе превысит номинальное значение напряжения пробоя MOSFET полевых транзистора. Он способен выдержать только половину этого напряжения, что приведет к выходу из области безопасной работы транзистора SOA.
Рис. 2. Формы сигнала при лавинном процессе, одиночный импульс
Во время проведения испытаний с лавинным процессом катушка индуктивности (дроссель) заряжена до пикового значения тока путем установления тестируемого компонента во включенное состояние (формы сигнала на рис. 2), и далее тестируемый компонент переводится в выключенное состояние в момент достижения требуемого значения импульса тока. Восстановление сердечника в катушке индуктивности приводит в тестируемом компоненте к лавинному пробою, который инициализирует в катушке индуктивности разряд тока, спадающий, в конечном счете, к нулю.
Рис. 1. Поперечное сечение МОПструктуры. Паразитный NPN транзистор показан справа
где собственная индуктивность катушки, необходимая для достижения заданной энергии в импульсе тока I, определена как:
Энергия, рассеянная в течение лавинного пробоя EAS, может быть вычислена как:
Начальные условия предполагают значение температуры перехода, равное 25 °C.
Величина энергии лавинного процесса является мерой способности полевого транзистора рассеивать энергию лавинного пробоя в переходе сток/исток. При этом полевой транзистор действует практически как мощный кремниевый стабилитрон. В идеале, полная запасенная энергия лавинного процесса должна быть ограничена только размером и полным тепловым сопротивлением транзистора, но в реальной ситуации другие факторы также накладывают дополнительные ограничения на рабочий режим. Спецификации промышленного стандарта лавинного процесса определяют условия проведения испытаний с максимальным током стока, обычно равным номинальному значению параметра тока стока «тестируемого компонента» (Device Under Test), которым заряжается испытательный дроссель. Размер данного дросселя определяется номинальным значением энергии из соотношения для мощности рассеяния в течение лавинного процесса.
Номинальные параметры лавинного процесса при одиночном импульсе
CoolMOS™ силовые транзисторы почти 20 лет являются первой, существенно новой технологией производства высоковольтных полевых транзисторов MOSFET, обладают значительными преимуществами в работе с точки зрения потерь проводимости и потерь на переключение, а также обеспечивают выигрыш в габаритах. Однако при 5-кратном уменьшении размера кристалла для той же самой величины _RDS [ on ] и его 3-кратном уменьшении при том же самом номинальном токе могут возникнуть сомнения в устойчивости работы этих улучшенных силовых транзисторов по сравнению с их предшественниками. Усовершенствования в области полного теплового сопротивления (благодаря тонкой структуре кристалла) и высокая, свойственная данной МОП-ячейке прочность конструкции обеспечивают превосходную область безопасной работы (SOA), а также устойчивость при лавинном процессе. В данной статье исследуются методы контроля и оценки лавинного процесса при обычном одиночном импульсе. Обсуждаются прикладные проблемы в импульсных источниках питания, включая схемотехнические проблемы, присутствующие в источниках питания с периодически повторяющимся лавинным процессом. Особое внимание уделено производительности CoolMOS™ полевых транзисторов, и как она соотносится с задачами практической реализации.
В статье описаны стандартные методы экспериментального исследования лавинного процесса и проблемы, связанные с ним, в импульсных источниках питания, а также характеристики безопасного режима при лавинных процессах в CoolMOS полевых транзисторах. Показано, что хотя транзисторы серии CoolMOS и не велики по размеру кристалла по сравнению с обычными полевми транзисторами MOSFET, но все же обеспечивают высокие показатели устойчивости при работе с лавинными процессами.
Рассмотрение лавинных процессов в полевых транзисторах серии CoolMOS при их использовании в импульсных источниках питания. Часть 1
Силовая электроника 3'2006
Your browser doesn't support objects Your browser doesn't support objects
Your browser doesn't support objects Your browser doesn't support objects
Your browser doesn't support objects Your browser doesn't support objects
Your browser doesn't support objects Your browser doesn't support objects
Рассмотрение лавинных процессов в полевых транзисторах серии CoolMOS при их использовании в импульсных источниках питания. Часть 1
Комментариев нет:
Отправить комментарий