Erläuterung der einzelnen Parameter von Leistungs-MOSFETs

VDSS Maximale Drain-Source-Spannung

Bei kurzgeschlossener Gate-Source ist die Drain-Source-Nennspannung (VDSS) die maximale Spannung, die ohne Lawinendurchbruch an die Drain-Source angelegt werden kann. Abhängig von der Temperatur kann die tatsächliche Lawinendurchbruchspannung niedriger sein als die Nenn-VDSS. Eine detaillierte Beschreibung von V(BR)DSS finden Sie unter Elektrostatik

Eine detaillierte Beschreibung von V(BR)DSS finden Sie unter Elektrostatische Eigenschaften.

VGS Maximale Gate-Source-Spannung

Die VGS-Nennspannung ist die maximale Spannung, die zwischen den Gate-Source-Polen angelegt werden kann. Der Hauptzweck der Einstellung dieser Nennspannung besteht darin, Schäden am Gate-Oxid durch übermäßige Spannung zu verhindern. Die tatsächliche Spannung, der das Gate-Oxid standhalten kann, ist viel höher als die Nennspannung, variiert jedoch je nach Herstellungsprozess.

Das eigentliche Gate-Oxid kann viel höheren Spannungen als der Nennspannung standhalten, dies variiert jedoch je nach Herstellungsprozess, sodass die Zuverlässigkeit der Anwendung dadurch gewährleistet wird, dass die VGS innerhalb der Nennspannung bleibt.

ID – Kontinuierlicher Leckstrom

ID ist definiert als der maximal zulässige Dauergleichstrom bei der maximalen Nennübergangstemperatur TJ(max) und einer Rohroberflächentemperatur von 25 °C oder mehr. Dieser Parameter ist eine Funktion des Nennwärmewiderstands zwischen der Verbindungsstelle und dem Gehäuse, RθJC, und der Gehäusetemperatur:

Schaltverluste sind nicht im ID enthalten und es ist schwierig, die Rohroberflächentemperatur für den praktischen Gebrauch bei 25 °C (Tcase) zu halten. Daher beträgt der tatsächliche Schaltstrom in hartschaltenden Anwendungen normalerweise weniger als die Hälfte des ID-Nennwerts bei TC = 25 °C, normalerweise im Bereich von 1/3 bis 1/4. komplementär.

Darüber hinaus kann der ID bei einer bestimmten Temperatur geschätzt werden, wenn der Wärmewiderstand JA verwendet wird, was ein realistischerer Wert ist.

IDM – Impuls-Drain-Strom

Dieser Parameter spiegelt die Menge an gepulstem Strom wider, die das Gerät verarbeiten kann, die viel höher ist als der kontinuierliche Gleichstrom. Der Zweck der Definition von IDM ist: der ohmsche Bereich der Leitung. Für eine bestimmte Gate-Source-Spannung beträgt dieMOSFETleitet bei maximal vorhandenem Drainstrom

aktuell. Wie in der Abbildung dargestellt, erhöht sich bei einer gegebenen Gate-Source-Spannung, wenn der Arbeitspunkt im linearen Bereich liegt, ein Anstieg des Drain-Stroms zu einer Erhöhung der Drain-Source-Spannung, was die Leitungsverluste erhöht. Längerer Betrieb mit hoher Leistung führt zum Geräteausfall. Aus diesem Grund

Daher muss der nominale IDM unterhalb des Bereichs bei typischen Gate-Treiberspannungen eingestellt werden. Der Grenzpunkt der Region liegt am Schnittpunkt von Vgs und der Kurve.

Daher muss eine Obergrenze für die Stromdichte festgelegt werden, um zu verhindern, dass der Chip zu heiß wird und durchbrennt. Dies dient im Wesentlichen dazu, einen übermäßigen Stromfluss durch die Gehäuseanschlüsse zu verhindern, da in manchen Fällen die „schwächste Verbindung“ auf dem gesamten Chip nicht der Chip, sondern die Gehäuseanschlüsse ist.

In Anbetracht der Einschränkungen thermischer Effekte auf das IDM hängt der Temperaturanstieg von der Pulsbreite, dem Zeitintervall zwischen den Pulsen, der Wärmeableitung, dem RDS(on) sowie der Wellenform und Amplitude des Pulsstroms ab. Die bloße Sicherstellung, dass der Impulsstrom den IDM-Grenzwert nicht überschreitet, garantiert nicht die Einhaltung der Sperrschichttemperatur

den maximal zulässigen Wert nicht überschreitet. Die Sperrschichttemperatur unter gepulstem Strom kann anhand der Diskussion des transienten Wärmewiderstands in „Thermische und mechanische Eigenschaften“ abgeschätzt werden.

PD – Gesamtzulässige Kanalverlustleistung

Die Gesamtverlustleistung des Kanals kalibriert die maximale Verlustleistung, die vom Gerät abgeführt werden kann, und kann als Funktion der maximalen Sperrschichttemperatur und des Wärmewiderstands bei einer Gehäusetemperatur von 25 °C ausgedrückt werden.

TJ, TSTG – Umgebungstemperaturbereich für Betrieb und Lagerung

Diese beiden Parameter kalibrieren den Sperrschichttemperaturbereich, der von den Betriebs- und Lagerumgebungen des Geräts zugelassen wird. Dieser Temperaturbereich ist so eingestellt, dass er die Mindestbetriebsdauer des Geräts einhält. Wenn Sie sicherstellen, dass das Gerät innerhalb dieses Temperaturbereichs arbeitet, verlängert sich seine Lebensdauer erheblich.

EAS-Einzelimpuls-Lawinendurchbruchsenergie

 

Wenn die Spannungsüberschreitung (normalerweise aufgrund von Leckstrom und Streuinduktivität) die Durchbruchspannung nicht überschreitet, erleidet das Gerät keinen Lawinendurchschlag und benötigt daher nicht die Fähigkeit, einen Lawinendurchbruch abzuleiten. Die Lawinendurchbruchsenergie kalibriert die vorübergehende Überschwingung, die das Gerät tolerieren kann.

Die Lawinendurchschlagsenergie definiert den sicheren Wert der transienten Überschwingspannung, den ein Gerät tolerieren kann, und hängt von der Energiemenge ab, die abgeführt werden muss, damit ein Lawinendurchschlag auftritt.

Ein Gerät, das eine Lawinendurchschlagsenergiebewertung definiert, definiert in der Regel auch eine EAS-Bewertung, die in ihrer Bedeutung der UIS-Bewertung ähnelt und definiert, wie viel umgekehrte Lawinendurchschlagsenergie das Gerät sicher absorbieren kann.

L ist der Induktivitätswert und iD ist der in der Induktivität fließende Spitzenstrom, der im Messgerät abrupt in Drainstrom umgewandelt wird. Die an der Induktivität erzeugte Spannung übersteigt die Durchbruchspannung des MOSFET und führt zu einem Lawinendurchbruch. Wenn ein Lawinendurchbruch auftritt, fließt der Strom in der Induktivität durch das MOSFET-Gerät, obwohl dieMOSFETist aus. Die im Induktor gespeicherte Energie ähnelt der im Streuinduktor gespeicherten und vom MOSFET abgeleiteten Energie.

Wenn MOSFETs parallel geschaltet sind, sind die Durchbruchspannungen zwischen den Geräten kaum identisch. Normalerweise passiert es, dass ein Gerät als erstes einen Lawinendurchschlag erleidet und alle nachfolgenden Lawinendurchschlagsströme (Energie) durch dieses Gerät fließen.

EAR – Energie der sich wiederholenden Lawine

Die Energie sich wiederholender Lawinen ist zu einem „Industriestandard“ geworden, aber ohne die Festlegung der Frequenz, anderer Verluste und der Abkühlungsmenge hat dieser Parameter keine Bedeutung. Der Zustand der Wärmeableitung (Kühlung) bestimmt oft die repetitive Lawinenenergie. Es ist auch schwierig, die Höhe der durch den Lawinenabgang erzeugten Energie vorherzusagen.

Es ist auch schwierig, die Höhe der durch den Lawinenabgang erzeugten Energie vorherzusagen.

Die eigentliche Bedeutung der EAR-Bewertung besteht darin, die wiederholte Lawinendurchschlagsenergie zu kalibrieren, der das Gerät standhalten kann. Diese Definition setzt voraus, dass es keine Frequenzbeschränkung gibt, damit das Gerät nicht überhitzt, was für jedes Gerät realistisch ist, bei dem es zu einem Lawinenausfall kommen kann.

Es empfiehlt sich, während der Überprüfung des Gerätedesigns die Temperatur des Geräts im Betrieb oder des Kühlkörpers zu messen, um festzustellen, ob das MOSFET-Gerät überhitzt, insbesondere bei Geräten, bei denen ein Lawinenausfall wahrscheinlich ist.

IAR – Lawinendurchbruchsstrom

Bei einigen Geräten erfordert die Tendenz der Stromflanke auf dem Chip während des Lawinendurchbruchs, dass der Lawinenstrom IAR begrenzt wird. Auf diese Weise wird der Lawinenstrom zum „Kleingedruckten“ der Spezifikation der Lawinendurchbruchsenergie; es offenbart die wahre Leistungsfähigkeit des Geräts.

Teil II Statische elektrische Charakterisierung

V(BR)DSS: Drain-Source-Durchbruchspannung (Zerstörungsspannung)

V(BR)DSS (manchmal auch VBDSS genannt) ist die Drain-Source-Spannung, bei der der durch den Drain fließende Strom bei einer bestimmten Temperatur und kurzgeschlossener Gate-Source einen bestimmten Wert erreicht. Die Drain-Source-Spannung ist in diesem Fall die Lawinendurchbruchspannung.

V(BR)DSS ist ein positiver Temperaturkoeffizient und bei niedrigen Temperaturen liegt V(BR)DSS unter dem maximalen Nennwert der Drain-Source-Spannung bei 25 °C. Bei -50 °C ist V(BR)DSS kleiner als der maximale Nennwert der Drain-Source-Spannung bei -50 °C. Bei -50 °C beträgt V(BR)DSS etwa 90 % der maximalen Drain-Source-Nennspannung bei 25 °C.

VGS(th), VGS(off): Schwellenspannung

VGS(th) ist die Spannung, bei der die hinzugefügte Gate-Source-Spannung dazu führen kann, dass der Drain beginnt, Strom zu führen, oder dass der Strom verschwindet, wenn der MOSFET ausgeschaltet wird, und die Testbedingungen (Drain-Strom, Drain-Source-Spannung, Übergang). Temperatur) werden ebenfalls angegeben. Normalerweise haben alle MOS-Gate-Geräte unterschiedliche

Schwellenspannungen werden unterschiedlich sein. Daher wird der Schwankungsbereich von VGS(th) angegeben. VGS(th) ist ein negativer Temperaturkoeffizient, der bei steigender Temperatur zunimmtMOSFETschaltet sich bei einer relativ niedrigen Gate-Source-Spannung ein.

RDS(on): Einschaltwiderstand

RDS(on) ist der Drain-Source-Widerstand, gemessen bei einem bestimmten Drain-Strom (normalerweise die Hälfte des ID-Stroms), einer Gate-Source-Spannung und 25 °C. Der RDS(on) ist der Drain-Source-Widerstand, der bei einem bestimmten Drain-Strom (normalerweise die Hälfte des ID-Stroms), einer Gate-Source-Spannung und 25 °C gemessen wird.

IDSS: Null-Gate-Spannungs-Drain-Strom

IDSS ist der Leckstrom zwischen Drain und Source bei einer bestimmten Drain-Source-Spannung, wenn die Gate-Source-Spannung Null ist. Da der Leckstrom mit der Temperatur zunimmt, wird IDSS sowohl bei Raumtemperatur als auch bei hohen Temperaturen spezifiziert. Die Verlustleistung aufgrund des Leckstroms kann berechnet werden, indem der IDSS mit der Spannung zwischen den Drain-Quellen multipliziert wird, die normalerweise vernachlässigbar ist.

IGSS – Gate-Source-Leckstrom

IGSS ist der Leckstrom, der bei einer bestimmten Gate-Source-Spannung durch das Gate fließt.

Teil III Dynamische elektrische Eigenschaften

Ciss: Eingangskapazität

Die Kapazität zwischen Gate und Source, gemessen mit einem Wechselstromsignal durch Kurzschließen des Drains mit der Source, ist die Eingangskapazität; Ciss wird gebildet, indem die Gate-Drain-Kapazität Cgd und die Gate-Source-Kapazität Cgs parallel geschaltet werden, oder Ciss = Cgs + Cgd. Das Gerät wird eingeschaltet, wenn die Eingangskapazität auf eine Schwellenspannung aufgeladen wird, und ausgeschaltet, wenn sie auf einen bestimmten Wert entladen wird. Daher haben die Treiberschaltung und Ciss einen direkten Einfluss auf die Ein- und Ausschaltverzögerung des Geräts.

Coss: Ausgangskapazität

Die Ausgangskapazität ist die Kapazität zwischen Drain und Source, gemessen mit einem Wechselstromsignal, wenn die Gate-Source kurzgeschlossen ist. Coss wird durch Parallelschaltung der Drain-Source-Kapazität Cds und der Gate-Drain-Kapazität Cgd gebildet, oder Coss = Cds + Cgd. Für Soft-Switching-Anwendungen ist Coss sehr wichtig, da es zu Resonanzen im Schaltkreis führen kann.

Crss: Rückübertragungskapazität

Die zwischen Drain und Gate gemessene Kapazität bei geerdeter Source ist die Rückübertragungskapazität. Die Rückübertragungskapazität entspricht der Gate-Drain-Kapazität Cres = Cgd und wird oft als Miller-Kapazität bezeichnet. Sie ist einer der wichtigsten Parameter für die Anstiegs- und Abfallzeiten eines Schalters.

Sie ist ein wichtiger Parameter für die Schaltanstiegs- und -abfallzeiten und beeinflusst auch die Ausschaltverzögerungszeit. Mit zunehmender Drain-Spannung nimmt die Kapazität ab, insbesondere die Ausgangskapazität und die Rückübertragungskapazität.

Qgs, Qgd und Qg: Gate-Ladung

Der Gate-Ladungswert spiegelt die im Kondensator zwischen den Anschlüssen gespeicherte Ladung wider. Da sich die Ladung des Kondensators mit der Spannung zum Zeitpunkt des Schaltens ändert, wird der Effekt der Gate-Ladung häufig beim Entwurf von Gate-Treiberschaltungen berücksichtigt.

Qgs ist die Ladung von 0 bis zum ersten Wendepunkt, Qgd ist der Abschnitt vom ersten bis zum zweiten Wendepunkt (auch „Miller“-Ladung genannt) und Qg ist der Abschnitt von 0 bis zu dem Punkt, an dem VGS einem bestimmten Antrieb entspricht Stromspannung.

Änderungen des Leckstroms und der Leckquellenspannung haben einen relativ geringen Einfluss auf den Gate-Ladungswert und die Gate-Ladung ändert sich nicht mit der Temperatur. Die Testbedingungen sind festgelegt. Im Datenblatt ist ein Diagramm der Gate-Ladung dargestellt, einschließlich der entsprechenden Variationskurven der Gate-Ladung für festen Leckstrom und variierende Leckquellenspannung.

Die entsprechenden Gate-Ladungsschwankungskurven für festen Drain-Strom und variierende Drain-Source-Spannung sind in den Datenblättern enthalten. In der Grafik steigt die Plateauspannung VGS(pl) mit zunehmendem Strom weniger an (und nimmt mit abnehmendem Strom ab). Die Plateauspannung ist auch proportional zur Schwellenspannung, sodass eine andere Schwellenspannung eine andere Plateauspannung erzeugt.

Stromspannung.

Das folgende Diagramm ist detaillierter und angewendeter:

td(on) : Einschaltverzögerungszeit

Die Einschaltverzögerungszeit ist die Zeit vom Anstieg der Gate-Source-Spannung auf 10 % der Gate-Treiberspannung bis zum Anstieg des Leckstroms auf 10 % des angegebenen Stroms.

td(off): Ausschaltverzögerungszeit

Die Ausschaltverzögerungszeit ist die Zeit, die vom Abfall der Gate-Source-Spannung auf 90 % der Gate-Treiberspannung bis zum Abfall des Leckstroms auf 90 % des angegebenen Stroms vergeht. Dies zeigt die Verzögerung an, die auftritt, bevor der Strom zur Last übertragen wird.

tr: Aufstiegszeit

Die Anstiegszeit ist die Zeit, die der Drainstrom benötigt, um von 10 % auf 90 % anzusteigen.

tf: Fallende Zeit

Die Abfallzeit ist die Zeit, die der Drainstrom benötigt, um von 90 % auf 10 % abzufallen.