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2018.05.10 Si功率元器件

确认平均功耗在额定功率范围内

实际工作中的晶体管适用性确认

在本章中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。

本文将介绍右侧流程图的“⑥确认平均功耗在额定功率范围内”。由于这一系列是以开关工作为前提介绍的,因此在第⑤步选择的是“连续脉冲”。

测量实际的电流/电压波形
确认在绝对最大额定值范围内
确认在SOA(安全工作区)范围内
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

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⑥确认平均功耗在额定功率范围内

上一篇文章介绍了在实际使用温度条件下进行必要的降额后也要在SOA范围内的确认方法。本文将介绍在开关动作(连续脉冲)条件下求平均功耗、且判断该平均功耗是否在额定功率范围内的方法。这是因为如③中所述,SOA的条件为“单(single)脉冲”,因此像开关动作这样的连续脉冲的情况下并不能简单地应用。所以作为额外增加的确认,需要确认功耗是否在额定范围内。在开关动作的情况下,由于反复重复电流流动且消耗功率的晶体管导通状态和不消耗功率的关断状态,故需要求平均功耗。

开关动作时的平均功耗的求法

平均功耗是通过晶体管从关断转为导通(t1-t2)、导通期间(t2-t3)、从导通转为关断(t3-t4)、关断期间(t4-t5)的各电压与电流的积、即将功率按时间积分后的值相加并除以周期(T)来计算的。请参考下图和公式。

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这里使用①测量实际的电流/电压波形中测量并记录的开关的电压/电流波形。

R6020ENZ的开关波形

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根据这个波形,并按照上述积分公式来计算。这是MOSFET的例子,如果是双极晶体管,则可以用集电极电流IC、集电极-发射极间电压VCE以相同的方式来计算。

20171031_graf_03

通过计算求出的平均功耗如果在技术规格书中容许损耗的最大额定值以内,则可以判断没有问题。当然,需要在使用温度条件下来确认是否则额定值范围内。

下表是R6020ENZ的绝对最大额定值。表中的容许损耗PD为120W,条件为Tc=25℃,因此在其他条件下并不能单纯地应用这个值。基于以上原因,我们来使用曲线图。这是在“④确认在使用环境温度下降额的SOA范围内”中也用过的PD降额曲线图。原则上是使用该曲线图,通过将功耗换算为Tj的方式来判断是否可以使用。

20171031_graf_04

总之都是需要求出Tj的,因此最终按“在使用温度条件下,确认Tj未超过Tj的绝对最大额定值150℃”的思路来考虑可能更清晰明了。功耗已经知道了,接下来只要知道封装的热阻即可轻松地计算出结果来。下表也是从技术规格书中摘录的。

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这个计算也就是求基本的Tj的计算,即Tj=功耗×热阻+使用温度(最大)。至于使用温度是指定为Ta还是Tc,则哪个方便用哪个,都没有问题。

确认功耗是否在额定范围内的方法有几种,不过最终还是判断Tj是否在绝对最大额定值范围内。关于Tj的计算,下次会更详细地进行说明。

关键要点:

・在连续脉冲(开关工作)的情况下,求平均功耗,并确认容许损耗在额定值范围内。

・最终的大原则还是判断Tj是否超过了绝对最大额定值。

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