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2018.03.08 Si功率元器件

确认在SOA(安全工作区)范围内

实际工作中的晶体管适用性确认

在本章中将介绍判断所选的晶体管在实际工作中是否适用的方法和步骤。

本篇将介绍右侧流程图的③确认在SOA(安全工作区)范围内。

测量实际的电流/电压波形
确认在绝对最大额定值范围内
③确认在SOA(安全工作区)范围内
④确认在使用环境温度下降额的SOA范围内
⑤连续脉冲(开关工作)
⑥确认平均功耗在额定功率范围内
⑦确认芯片温度

170525_si_01

③确认在SOA(安全工作区)范围内

SOA(Safe Operating Area:安全工作区)是用来确认晶体管是否在安全的条件下工作的信息。基本上图表中所示为在漏极电流ID和漏极-源极间电压VDSS的关系中,对于额定电压/电流、容许功率(发热)来说安全的、即不至于损害可靠性、不至于损坏的范围。

下面是这里用来举例的MOSFET R6020ENZ的SOA图表,是从技术规格书中摘录的。

20170829_graf_01

使用这张图表来判断电路的工作状态是否在SOA范围内。不过该数据中存在一些必须注意的条件。

・条件为单(单一)脉冲(在本例中脉冲宽度有3种)。不适用重复脉冲、即连续的开关。
 存在重复脉冲时,所有的脉冲必须在SOA范围内,而且⑥所计算的平均施加功率必须在额定功率以下。
・温度条件大多为Ta=25℃。
・基本上都是参考值而非保证值。
・晶体管的安装条件等不同结果也不同。

有这些限制的话,基本能确认在实际的条件中能否适用。但是,例如封装热阻虽然是已知的,但实装状态下的热阻取决于实装条件。另外,“单脉冲”的条件也可能会变成5次、100次等不着边际的条件。所以,希望能认识到这些是在可某种程度明确化的条件下能够提供的内容。实际上会根据平均值和换算、以及后续会介绍的降额来作出判断。

何谓“SOA损坏”

工作过程中如果条件超出SOA范围,则可能发生损坏。正常工作的条件理应不会超出SOA范围,但由于正常工作中不会发生的过电压、短絡等导致保持施加电压的状态下产生过电流等现象,就会因瞬间局部发热而损坏。

另外,也有由于热设计不当和高重复频率,晶体管芯片的散热不充分,导致连续发热,超过通道的容许温度,引起热失控而损坏的情况。

20170829_graf_02

下一篇将介绍④确认在使用环境温度下降额的SOA范围内。

关键要点:

・SOA(Safe Operating Area:安全工作区)是用来确认晶体管是否在安全的条件下工作的信息。

・基本上图表中所示为在D与VDSS之间的关系中,对于额定电压/电流、容许功率(发热)来说安全的范围。

・认真确认SOA的条件,考虑到与实际使用条件的差异之处后再使用。

活用Si(硅)功率器件特征的应用事例