оЭно u

ЭЬухсекунЭный импульс

ТсмгСс

дЮшс иипульс М=1,37

10 20

Рис. S.3. Статическая FBSOA транзистора MTM5N20.

оЭносекунЭный

S© \т

Показатель напряжения сток-исток (В)

Рис. 5.5. Сравнение типовых кривых FBSOA.

Т.о. мощные МДП транзисторы должны работать внутри специальной тепловой кривой.

Результаты исследования полной кривой

Большинство N-кэнальных кривых были линейными в логарифмическом масштабе (рис. 5.3 и 5.4).

Внутри той же самой части линии наклон оставался постоянным от прибора к прибору.

На некоторых кривых наблюдалось изменение SOA(OBP) при высоких напряжениях из-за эффекта отрицательного сопротивления (рис. 5.5).

Этот эффект имеет место при лавинном пробое стокового перехода.

На рис. 5.6а показано типовое распределение тока в вертикальном мощном МДП.

На рис. 5.66 - протекание тока во время лавинного пробоя.

йстснкМЗат6о>

Сток

Рис. 5,ба Типовое распределение тока в вертикальном мощном МДП.

Рис. 5.4. Измерение стат.ической FBSOA на MTM7N20.

Осторожное тестирование, т.е. .медленное увеличение энергетических уровней, позволяет многократно использовать прибор. Один из приборов прошел 30 испытаний. Часть приборов также не разрушалась, у других, как правило, закорачивался сток-исток.

Температура поверхности ТО-220 MTP5N20 (Rejc ~ l.erc/a), используя всадушное охлаждение составила порядка 120°С при срыве OUT. . Приложенная мощность порядка 150W вызвала таким образом перегрев перехода порядка 370С.

Плёток] fpiJTbwIfji сток

Сток

Рис. 5.66. Протекание тока во время лавинного пробоя.

Сток

Рис 5.6в. Протекание тока при эффекте отрицательного сопротивления.

0,900

Jo.e

о,мо

0,7

0,700

0.0 1,0 2.0 3.0 Ток стока, Ip Ui

Рис. 5.7. Зависимость теплового сопротивления от тока стока.

S 1в

12 I 8.0 4,0 О

(TH/HTP7N12 MTM/HTP7N18

HWMTP7N20

TKJSOT

0 40 80 120 160 200 Vqj, напряжение сток-исток (V)

Рис. 5.8. Предельные значения выключения области безопасной работы.

На рис. 5.6в - протекание тока при эффекте отрицательного сопротивления.

На рис. 5.7 - изменение теплового сопротивления при увеличении тока стока.

Из-за конечного сопротивления подложки увеличение тока 1о вызывает увеличение потенциала подложки. Если Id и сопротиалеиие подложки достаточно валики, переход истока прямо смещается, вызывая тем самым более интенсивный лавинный пробой.

1>1.0шН

V(BR)CEX>

Рис 5.9а

Ul.OmH -W-oVciamp

о-\%v

Vgs(off)

Рис. 5.96

Clanp

(Vcc) Vdd

I I

P ec*h*witM анергии в твчвни* времени

Рис 5.9в.

Рис 5.9. Выключение индуктивной нагрузки.

ОБР (SOA) при выключении мощного

МДП-транзистора (RBSOA)

Одно из Преимуществ мощных МДП приборов над биполярными транзисторами - их значительно большая ОБР при выключении. Обычно она определяется квадратом i и V(br)oss (рис. 5.8).

Другими словами. МДП не имеют офаничений в ОБР выключения. Имеатся одно из исключений из этого правила. Как отмечалось, эффект dV/dt может офаничить FBSOA, из-за тока через емкость Crss.

Интерес представляет индуктивное выключение.

Из-за наличия индуктивности будь то МДП и БТ транзистор, создаются условия одновременного большого тока и напряжения. В зависимости от того, нет ограничения (рис. 5.9а) или есть ограничение (рис. 5.9в), различают два ограничения по энергии во время выключения: энергия вторичного пробоя (Es/b) и RBSOA (ОБР при выключении).

Энергия вторичного пробоя (Es/b)

Характеристики мощного транзистора с индуктивной нагрузкой показаны на рис. 5.9а. Когда испытуемый прибор выключается, энергия, накопленная в индуктивности (Е - 1/2 LIcm) рассеивается в транзисторе, т.к. внешняя цепь или ограничитель отсутствуют. Кроме этого, напряжение коллектор-эмиТер имеет индуктивный всплеск (V - L dl/dt). Если накоплена достаточно большая энергия и транзистор быстро выключается, то происходит пробой транзистора и в приборе рассеивается энергия пока ток не упадет до нуля, или пока индуктивность не разрядится.

Индуктивная нагрузка без цепей ограничения проявляется в мощных МДП транзисторах аналогичным же образом. Теперь спадающий ток стока будет вызывать всплеск напряжения и лавинный пробой сток-истока (VpRjoss)-

По этой причине высоковольтные транзисторные переключатели используются с цепями ограничения при индуктивной нагрузке.

ОБР при выключении

На рис. 5.96 представлен испытуемый прибор с реальным ограничением. Индуктивность должна быть достаточной, чтобы время всплеска превосходило время спада тока стока. В общем случае (0,0 /иН < L < 1,0 мН).

На рис. 5.9в показан приблизительный процесс выключения. Индуктивность должна обладать хорошей добротностью, чтобы пик тока Iqm и всплеск Vdsm совместно воздействовали на прибор. Ток 1р начинает падать, а напряжение Vs переводит диод ограничителя в открытое состояние, в результате накопленная энергия переводится во внешнюю цепь.

Для определения ОБР выключения через прибор типовое значение тока Iqm уменьшают, а напряжение отсечки Vclamp увеличивают до перехода транзистора в область вторичного пробоя. Этот вторичный пробой

характаризуется рассеиваниам энергии в течение вре-мани (см. рис. 5.9в).

Область безопасной работы переключения (SSOA)

Этот термин представляет ОБР как включения, так и выключения мощных МДП транзисторов. ОБР при выключении - эквивалентна RBSOA для биполярных транзисторов (т.е. ОБР при обратном смещении).

Для МДП транзисторов SSOA может быть представлена границами \ом - V(br)dss. Кривые SSOA, показанные на рис. 5.8, пригодны как для включения, так и для выключения прибора при временных переключения < 1 fts. Для построения SSOA необходимо использовать метод неразрушающего контроля, т.к. только использование одного OUT может обеспечить получение полной картины кривых ОБР при выключении.

N-канальный неразрушающий контроль SSOA

Для сохранения OUT от разрушения необходимо быстро перевести энергию, накопленную в индуктивности во внешнюю цепь. Метод контроля основан на работе, проделанной VSNBS, позволяет использовать конструкцию на ток 50 А и напряжение 1000 В. При 10 А проходная задержка составляет 70 ns и время спада 40 ns. Используя этот метод, можно снять всю характеристику только на одном приборе. Большинство приборов выдерживает 30-40 вторичных пробоев. Деградация приборов контролировалась по току утечки стока.

Основные элементы измерительной системы показаны на блок-схеме рис. 5.10.

Наиболее важной является управляющая часть, состоящая из блоков VGS(on) й VGs(off) транзисторных ключей, датчик, цепь защиты и импульсный генератор. Второстепенной важностью обладает ключ Vdd и дополнительная запирающая цепь. Типовое значение индуктивности 200 Н.

Схема управляется следующим образом.

Входной импульс Vn подключается к системе управления, состоящей из 3 переключателей VGS(on). VQS(off) и Vpp. Ключ VQS(on) включается положительным импульсом от управляющего генератора и работает в противофазе с VGS(off). Ключ стокового питания Vdd также включается положительным импульсом. После отключения входного импульса ключ Vdd будет оставаться во включенном состоянии несколько микросекунд из-за времени рассасывания в этом биполярном транзисторе.

При достижении всплеском напряжения величины напряжения ограничения Vdamp. индуктивный ток переходит в цепь ограничителя. Стоковое напряжение

Рис. 5.10. Блок-схемаЫ-канального неразрушающего контроля SO А.