Explicación de cada parámetro de los MOSFET de potencia.

Voltaje máximo de drenaje-fuente de VDSS

Con la fuente de compuerta en cortocircuito, la clasificación de voltaje de la fuente de drenaje (VDSS) es el voltaje máximo que se puede aplicar a la fuente de drenaje sin una falla por avalancha. Dependiendo de la temperatura, el voltaje de ruptura de avalancha real puede ser menor que el VDSS nominal. Para obtener una descripción detallada de V(BR)DSS, consulte Electrostática.

Para obtener una descripción detallada de V(BR)DSS, consulte Características electrostáticas.

Voltaje máximo de fuente de puerta VGS

La clasificación de voltaje VGS es el voltaje máximo que se puede aplicar entre los polos de la fuente de la puerta. El objetivo principal de establecer esta clasificación de voltaje es evitar daños al óxido de la puerta causados ​​por un voltaje excesivo. El voltaje real que puede soportar el óxido de compuerta es mucho mayor que el voltaje nominal, pero variará según el proceso de fabricación.

El óxido de compuerta real puede soportar voltajes mucho más altos que el voltaje nominal, pero esto variará según el proceso de fabricación, por lo que mantener el VGS dentro del voltaje nominal garantizará la confiabilidad de la aplicación.

ID - Corriente de fuga continua

ID se define como la corriente CC continua máxima permitida a la temperatura máxima nominal de la unión, TJ (máx.), y una temperatura de la superficie del tubo de 25 °C o superior. Este parámetro es función de la resistencia térmica nominal entre la unión y la caja, RθJC, y la temperatura de la caja:

Las pérdidas por conmutación no están incluidas en el ID y es difícil mantener la temperatura de la superficie del tubo a 25°C (Tcase) para uso práctico. Por lo tanto, la corriente de conmutación real en aplicaciones de conmutación dura suele ser menos de la mitad de la clasificación ID @ TC = 25°C, generalmente en el rango de 1/3 a 1/4. complementario.

Además, se puede estimar el DI a una temperatura específica si se utiliza la resistencia térmica JA, que es un valor más realista.

IDM - Corriente de drenaje por impulso

Este parámetro refleja la cantidad de corriente pulsada que el dispositivo puede manejar, que es mucho mayor que la corriente continua continua. El propósito de definir IDM es: la región óhmica de la línea. Para un cierto voltaje puerta-fuente, elMOSFETconduce con una corriente de drenaje máxima presente

actual. Como se muestra en la figura, para un voltaje puerta-fuente dado, si el punto de operación está ubicado en la región lineal, un aumento en la corriente de drenaje eleva el voltaje drenaje-fuente, lo que aumenta las pérdidas de conducción. El funcionamiento prolongado a alta potencia provocará fallos en el dispositivo. Por esta razón

Por lo tanto, el IDM nominal debe establecerse por debajo de la región en voltajes típicos de accionamiento de compuerta. El punto de corte de la región está en la intersección de Vgs y la curva.

Por lo tanto, es necesario establecer un límite superior de densidad de corriente para evitar que el chip se caliente demasiado y se queme. Esto es esencialmente para evitar un flujo excesivo de corriente a través de los cables del paquete, ya que en algunos casos la "conexión más débil" en todo el chip no es el chip, sino los cables del paquete.

Teniendo en cuenta las limitaciones de los efectos térmicos en el IDM, el aumento de temperatura depende del ancho del pulso, el intervalo de tiempo entre pulsos, la disipación de calor, el RDS (encendido) y la forma de onda y amplitud de la corriente del pulso. Simplemente satisfacer que la corriente de pulso no exceda el límite IDM no garantiza que la temperatura de la unión

no excede el valor máximo permitido. La temperatura de la unión bajo corriente pulsada se puede estimar consultando la discusión sobre la resistencia térmica transitoria en Propiedades térmicas y mecánicas.

PD: disipación de potencia total permitida del canal

La disipación de potencia total permitida del canal calibra la disipación de potencia máxima que puede disipar el dispositivo y se puede expresar como una función de la temperatura máxima de la unión y la resistencia térmica a una temperatura de la caja de 25 °C.

TJ, TSTG: rango de temperatura ambiente de funcionamiento y almacenamiento

Estos dos parámetros calibran el rango de temperatura de unión permitido por los entornos operativos y de almacenamiento del dispositivo. Este rango de temperatura está configurado para cumplir con la vida útil mínima del dispositivo. Garantizar que el dispositivo funcione dentro de este rango de temperatura ampliará enormemente su vida útil.

Energía de ruptura de avalancha de pulso único EAS

 

Si el exceso de voltaje (generalmente debido a corriente de fuga e inductancia parásita) no excede el voltaje de ruptura, el dispositivo no sufrirá una ruptura por avalancha y, por lo tanto, no necesita la capacidad de disipar la ruptura por avalancha. La energía de ruptura de avalancha calibra el exceso transitorio que el dispositivo puede tolerar.

La energía de ruptura por avalancha define el valor seguro del voltaje de sobreimpulso transitorio que un dispositivo puede tolerar y depende de la cantidad de energía que debe disiparse para que se produzca una ruptura por avalancha.

Un dispositivo que define una clasificación de energía de ruptura de avalancha generalmente también define una clasificación EAS, que tiene un significado similar a la clasificación UIS, y define cuánta energía de ruptura de avalancha inversa el dispositivo puede absorber de manera segura.

L es el valor de la inductancia e iD es la corriente máxima que fluye en el inductor, que se convierte abruptamente en corriente de drenaje en el dispositivo de medición. El voltaje generado a través del inductor excede el voltaje de ruptura del MOSFET y provocará una ruptura por avalancha. Cuando se produce una avería por avalancha, la corriente en el inductor fluirá a través del dispositivo MOSFET aunque elMOSFETestá apagado. La energía almacenada en el inductor es similar a la energía almacenada en el inductor parásito y disipada por el MOSFET.

Cuando los MOSFET se conectan en paralelo, los voltajes de ruptura apenas son idénticos entre los dispositivos. Lo que suele suceder es que un dispositivo es el primero en experimentar una ruptura por avalancha y todas las corrientes (energía) de ruptura de avalanchas posteriores fluyen a través de ese dispositivo.

EAR - Energía de avalancha repetida

La energía de una avalancha repetitiva se ha convertido en un "estándar de la industria", pero sin establecer la frecuencia, otras pérdidas y la cantidad de enfriamiento, este parámetro no tiene significado. La condición de disipación de calor (enfriamiento) a menudo gobierna la energía repetitiva de la avalancha. También es difícil predecir el nivel de energía generada por la descomposición de una avalancha.

También es difícil predecir el nivel de energía generada por la descomposición de una avalancha.

El verdadero significado de la clasificación EAR es calibrar la energía de ruptura de avalanchas repetidas que el dispositivo puede soportar. Esta definición presupone que no hay limitación de frecuencia para que el dispositivo no se sobrecaliente, lo cual es realista para cualquier dispositivo en el que pueda producirse una avería por avalancha.

Es una buena idea medir la temperatura del dispositivo en funcionamiento o del disipador de calor para ver si el dispositivo MOSFET se sobrecalienta durante la verificación del diseño del dispositivo, especialmente para dispositivos donde es probable que se produzca una avería por avalancha.

IAR - Corriente de ruptura de avalancha

Para algunos dispositivos, la tendencia del borde establecido actual en el chip durante la ruptura de avalancha requiere que el IAR de corriente de avalancha sea limitado. De esta manera, la corriente de avalancha se convierte en la "letra pequeña" de la especificación de energía de ruptura de avalancha; revela la verdadera capacidad del dispositivo.

Parte II Caracterización Eléctrica Estática

V(BR)DSS: Voltaje de ruptura drenaje-fuente (voltaje de destrucción)

V(BR)DSS (a veces llamado VBDSS) es el voltaje drenaje-fuente al cual la corriente que fluye a través del drenaje alcanza un valor específico a una temperatura específica y con la fuente de compuerta en cortocircuito. El voltaje drenaje-fuente en este caso es el voltaje de ruptura de avalancha.

V(BR)DSS es un coeficiente de temperatura positivo y, a bajas temperaturas, V(BR)DSS es menor que la clasificación máxima del voltaje drenaje-fuente a 25 °C. A -50 °C, V(BR)DSS es menor que la clasificación máxima del voltaje de fuente de drenaje a -50 °C. A -50 °C, V(BR)DSS es aproximadamente el 90 % de la tensión nominal máxima de drenaje-fuente a 25 °C.

VGS(th), VGS(off): voltaje umbral

VGS(th) es el voltaje al cual el voltaje de la fuente de compuerta agregado puede causar que el drenaje comience a tener corriente, o que la corriente desaparezca cuando se apaga el MOSFET, y las condiciones para la prueba (corriente de drenaje, voltaje de la fuente de drenaje, unión temperatura) también se especifican. Normalmente, todos los dispositivos de puerta MOS tienen diferentes

Los voltajes umbral serán diferentes. Por lo tanto, se especifica el rango de variación de VGS(th). VGS(th) es un coeficiente de temperatura negativo, cuando la temperatura aumenta, laMOSFETse encenderá a un voltaje de fuente de puerta relativamente bajo.

RDS (encendido): resistencia activa

RDS (encendido) es la resistencia de la fuente de drenaje medida a una corriente de drenaje específica (generalmente la mitad de la corriente ID), voltaje de la fuente de puerta y 25 °C. El RDS (encendido) es la resistencia de la fuente de drenaje medida a una corriente de drenaje específica (generalmente la mitad de la corriente ID), voltaje de la fuente de puerta y 25 °C.

IDSS: corriente de drenaje de voltaje de puerta cero

IDSS es la corriente de fuga entre el drenaje y la fuente a un voltaje específico de drenaje-fuente cuando el voltaje de la puerta-fuente es cero. Dado que la corriente de fuga aumenta con la temperatura, el IDSS se especifica tanto a temperatura ambiente como a temperatura alta. La disipación de energía debido a la corriente de fuga se puede calcular multiplicando el IDSS por el voltaje entre las fuentes de drenaje, que generalmente es insignificante.

IGSS - Corriente de fuga de fuente de puerta

IGSS es la corriente de fuga que fluye a través de la puerta a un voltaje de fuente de puerta específico.

Parte III Características eléctricas dinámicas

Ciss: capacitancia de entrada

La capacitancia entre la puerta y la fuente, medida con una señal de CA poniendo en cortocircuito el drenaje a la fuente, es la capacitancia de entrada; Ciss se forma conectando la capacitancia de drenaje de la compuerta, Cgd, y la capacitancia de la fuente de la compuerta, Cgs, en paralelo, o Ciss = Cgs + Cgd. El dispositivo se enciende cuando la capacitancia de entrada se carga a un voltaje umbral y se apaga cuando se descarga a un valor determinado. Por lo tanto, el circuito controlador y Ciss tienen un impacto directo en el retardo de encendido y apagado del dispositivo.

Coss: capacitancia de salida

La capacitancia de salida es la capacitancia entre el drenaje y la fuente medida con una señal de CA cuando la fuente de la puerta está en cortocircuito. Coss se forma al poner en paralelo la capacitancia de la fuente de drenaje Cds y la capacitancia de la fuente de drenaje Cgd, o Coss = Cds + Cgd. Para aplicaciones de conmutación suave, Coss es muy importante porque puede causar resonancia en el circuito.

Crss: capacitancia de transferencia inversa

La capacitancia medida entre el drenaje y la compuerta con la fuente conectada a tierra es la capacitancia de transferencia inversa. La capacitancia de transferencia inversa es equivalente a la capacitancia de drenaje de la compuerta, Cres = Cgd, y a menudo se la denomina capacitancia de Miller, que es uno de los parámetros más importantes para los tiempos de subida y bajada de un interruptor.

Es un parámetro importante para los tiempos de subida y bajada de conmutación y también afecta el tiempo de retardo de apagado. La capacitancia disminuye a medida que aumenta el voltaje de drenaje, especialmente la capacitancia de salida y la capacitancia de transferencia inversa.

Qgs, Qgd y Qg: carga de puerta

El valor de carga de la puerta refleja la carga almacenada en el condensador entre los terminales. Dado que la carga en el capacitor cambia con el voltaje en el instante de la conmutación, el efecto de la carga de la puerta a menudo se considera al diseñar circuitos de controlador de puerta.

Qgs es la carga desde 0 hasta el primer punto de inflexión, Qgd es la porción desde el primero hasta el segundo punto de inflexión (también llamada carga "Miller") y Qg es la porción desde 0 hasta el punto donde VGS es igual a un impulso específico Voltaje.

Los cambios en la corriente de fuga y el voltaje de la fuente de fuga tienen un efecto relativamente pequeño en el valor de carga de la puerta, y la carga de la puerta no cambia con la temperatura. Se especifican las condiciones de la prueba. En la hoja de datos se muestra un gráfico de la carga de la compuerta, que incluye las curvas de variación de la carga de la compuerta correspondientes para la corriente de fuga fija y el voltaje de la fuente de fuga variable.

Las curvas de variación de carga de compuerta correspondientes para corriente de drenaje fija y voltaje de fuente de drenaje variable se incluyen en las hojas de datos. En el gráfico, el voltaje de meseta VGS(pl) aumenta menos al aumentar la corriente (y disminuye al disminuir la corriente). El voltaje de meseta también es proporcional al voltaje de umbral, por lo que un voltaje de umbral diferente producirá un voltaje de meseta diferente.

Voltaje.

El siguiente diagrama es más detallado y aplicado:

td(on): tiempo de retardo a tiempo

El tiempo de retardo de encendido es el tiempo desde que el voltaje de la fuente de la compuerta aumenta al 10% del voltaje del accionamiento de la compuerta hasta que la corriente de fuga aumenta al 10% de la corriente especificada.

td(off): tiempo de retardo de apagado

El tiempo de retardo de apagado es el tiempo transcurrido desde que el voltaje de la fuente de la puerta cae al 90% del voltaje del accionamiento de la puerta hasta que la corriente de fuga cae al 90% de la corriente especificada. Esto muestra el retraso experimentado antes de que la corriente se transfiera a la carga.

tr: tiempo de subida

El tiempo de subida es el tiempo que tarda la corriente de drenaje en aumentar del 10% al 90%.

tf: tiempo de caída

El tiempo de caída es el tiempo que tarda la corriente de drenaje en caer del 90% al 10%.