мальные скорости выключения не сильно отличаются и поэтому достижимые величины dv/dt главным образом определяются величиной напряжения переключения в цепи стока. Соответственно МДП прибор класса 1000В может генерировать динамическое dv/dt большее, чем прибор на 60В в независимости от размеров кристалла.

Все маски МДП транзисторов подвергаются испытаниям при воздействии dv/dt, соответствующим своим собственным генерируемым dv/dt при очень высоких скоростях выключения на индуктивную нагрузку.

Третье состояние, при котором высокие скорости изменения напряжения сток-исток могут вызывать проблемы в работе транзистора, наиболее вероятно в схемах мостовой конфигурации. В этих схемах возможно состояние, при котором ток нагрузки переходит на диод сток-исток. Данная аварийная ситуация, как правило, необратима. Рис. 7.12 иллюстрирует схему для данного случая. Здесь предполагается, что индуктивная нагрузка посредством широтно-импульсного управления Q1 и Q2 подключается к источнику и при том внутренние диоды D1 и D2 обеспечивают проте-канир тока при выключении соответствующего транзистора.

Рис 7.12 Иллюстрация процесса снижения устойчивости Q2 к dVldt.

Рис. 7.13. Снижение dvf dt в мостовых схемах.

Когда Q1 включен, он формирует ток И. При выключении Q1 ток нагрузки переходит на диод D2 (12). Если Q1 быстро включается вновь, когда D2 еще проводит ток, dv/dt может вызвать повреждение Q2 из-за того, что D2 все еще в проводящем состоянии.

Изучение этого явления показало, что аварийная ситуация возникает даже при dv/dt порядка 1 В/нс практически у всех испытанных приборов в независимости от фирмы-изготовителя. Т.к. такие dv/dt не составляет особого труда получить для мощных МДП-транзисторов для обеспечения надежности работы следует предпринять определенные шаги.

Один из вариантов решения этой проблемы показан на рис. 7.13.

Для этого исключают путь прохождения тока через внутренний диод. Однако это приводит к увеличению стоимости, а также к увеличению прямого напряжения из-за последовательного с транзистором включения диода, что весьма не желательно. Другим решением является ограничение dv/dt с помощью снаббера или замедление переходного процесса включения МДП транзистора.

7.4. Защита затвора МДП-транзисторов

Затвор МДП-транзистора, который электрически изолирован от канала очень тонким слоем SiOg, может быть поврежден, если МДП прибор трогать руками или неверно установить его в схему. npesbiLuenne напряжения затвор-исток свыше 20 В (Vgs{max)) может пробить изоляцию затвора и разрушить полевой прибор. МДП транзисторы не так чувствительны к статическому разряду как, например, КМОП приборы, благодаря тому, что входная емкость мощных МДП транзисторов значительно больше и может вместить в себя большую энергию, прежде чем разряд вызовет пробой затвора.

Однако для исключения возможного пробоя применяют те же методы защиты, как и в маломощных транзисторах и КМОП приборах.

При транспортировке приборов они должны быть помещены в антистатическую упаковку.

Приборы без антистатических корпусов должны храниться в специальных металлических ящичках. МДП транзисторы можно брать в руки только при применении и обязательно не за выводы. При тестировании приборов все выводы должны быть хорошо зачищены до приложения напряжения.

В заключение отметим, что при помещении прибора в конструкцию желательно, чтобы паяльник был заземлен.

Затвор мощного МДП транзистора необходимо защищать также и в схеме. Если затвор может попасть под напряжение больше, чем Vesfmax), схемная конструкция должна включать в себя стабилитрон на 20 В, включенный параллельно затвору и истоку. Для демпфирования переходных процессов в цепи затвора рекомендуется использовать резисторы, которые выполняют еще одну функцию: снижают общий импеданс цепи затвор-исток, что особенно важно для исключения влияния обратной связи через паразитную емкость затвор-сток при высоких напряжениях. Если импеданс затвор-исток оставить очень большим, это может приводить к ложному включению прибора.

7.5. Защита от статического электричества

Одной из главных и неприятных проблем компонентов электронных схем на сегодня является проблема электростатического разряда (ESD). ESD может вызывать деградацию или полное разрушение компонента. В табл. 1 показаны классы чувствшельно-сти различных приборов к ESO.

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ к ESD

Таблица 1.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ESD

Электростатический потенциал накапливается на непроводящем материале и известен как трибоэлектри-ческий эффект (см. табл. 2).

Таблица 2.

ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЯД

Повышающийся положительный потенциал

Воздух

Поверхность человека (кожа) Стекло

Волосы человека Шерсть Мех Бумага Хлопок

Изделия из дерева

Твердый каучук

Искусственный шелк

Полистирол

Винил

Тефлон

Повышающийся отрицательный потенциал

Дополнительным фактором возникновения заряда является близость контакта с сыростью, что приводит к возникновению частичной проводимости. Всякий раз, когда два непроводящих материала соприкасаются друг с другом, возникает электростатический потенциал.

Из табл. 2 следует, что только хлопок является относительно нейтральным материалом. Табл. 3 дает примеры потенциалов, которые могут быть получены при различных условиях.

Таблица 3.

Типовые электростатические напряжения

Из данной таблицы видно, что чувствительность электронных компонентов может быть легко нарушена, если не соблюдать определенную осторожность.

ESD И МОЩНЫЕ МДП ТРАНЗИСТОРЫ

Являясь приборами МДП типа, мощные МДП транзисторы могут быть разрушены зарядом ESD из-за неосторожного обращения. Однако их чувствительность несколько отличается от КМОП приборов. Из-за большой входной емкости мощные МДП транзисторы способны выдерживать большую энергию разряда При максимальном напряжении затвор-исток Vqs +;20В, электростатическое напряжение обычно составляет 100+25,000В, при этом приборы требуют специального обращения. Рис. 7.14 показывает ход воль-ам-перной кривой нормального прибора и прибора, подвергнутого воздействию ESD.

ЗАЩИТА ОТ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

Основным методом защиты электронных компонентов является комбинация профилактических мер и способов удаления накопленного заряда. Механизм удаления заряда с заряженного объекта отличен для изоляторов и проводников. Т.к. заряд не может протекать через изолятор, его невозможно удалить посредством контакта с каким-либо проводником. Если необходима разрядка изолятора (пластиковая коробка и т.п.), требуется ионизация воздуха. Если требуется разрядить проводник (металлическую дорожку и т.п.), полный разряд может быть обеспечен посредством заземления.

Полностью защищенное от статического электричества рабочее место должно включать заземленную проводящую поверхность стола, половичок под ногами, заземленные проводящие контейнеры и коробки, а также заземленный ремешок на запястье, и распылитель ионизированного воздуха для удаления статического электричества с непроводящих поверхностей. Все непроводящие элементы, такие как целлофановые пакеты, бумага, пластиковые сумочки и т.п. должны быть удалены с рабочего места. Рис. 7.15 представляет типовое рабочее место: 1 - проводящая поверхность стола: 2 - заземляющая шина: 3 - ремень на запястье, контактирующий с кожей; 4 - нейтрализатор статического электричества (ионизированный воздух).

7.6. Методы и схемы защиты СИТ

Надежность работы СИТ сводится в общем случае к обеспечению положения рабочей точки (в статистике и динамике) в границах области безопасных режимов (ОБР). Для СИТ имеет смысл различать 4 вида ОБР:

- прямая ОБР (или просто ОБР) и ОБР выключения (для полевого режима СИТ) и прямую и обратную ОБР (для биполярного режима СИТ).

Прямая ОБР определяет границы работы по току, напряжению й мощности при прямом напряжении затвора. На рис. 7.16 а,б приведены прямые ОБР дпя полевого и биполярного режимов.

Максимально допустимое напряжение определяется линией А и не должно превышаться даже кратковременно. Линия Д определяет максимально допустимый ток; ее положение прежде всего задается конструкцией (топологией СИТ) и тепловым сопротивлением. Линия С определяет максимально допустимое значение мощности, задаваемое максимальной температурой структуры Т:

imax

ISOC, максимальным тепловым сопротивлением структура-корпус (Rjc). В биполярном режиме ОБР дополнительно ограничивается линией С что связано с воздействием электротепяовой обратной связи ( тепловой нестабильности ): мощность, выделяющаяся в СИТ, и тепловое сопротивление увеличиваются с ростом температуры структуры Tj; в результате Tj либо ограничивается на определенном уровне (большем, чем в отсутствие обратной связи) или растет неограниченно. На некоторых образцах СИТ наблюдалось отклонение от линии Сив полевом режиме (при высоких напряжениях - более 30О<-400 В) при лавинном пробое стокового р-п-перехода.

I- I

i-

Z НОРМАЛЬНЫЙ ПРИБОР .

ВЕРТИКАЛЬ=1.0 mA/ДЕЛЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬ=20У/ДЕЛЕНИЯ

-I --j

1--ч

-I --j -I

A A --j

-I --i

-TOT ЖЕ ПРИБОР.ПОДВЕРГНУТЫЙ ВОЗДЕЙСТВИЮ ESD

ВЕРТИКААЬ=1.0 mA/ДЕЛЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬ=20У/ДЁАЕНИЯ

Рис 7.14. Влияние ESD на выходную ВАХ.

При обратном смещении (выключении) CUfT в биполярном режиме происходит локализация энергии в центре истока и обратная ОБР (ООБР) сужается. В полевом режиме ООБР СИТ обычно не имеет ограничений и определяется прямоугольником max и max (эффект du/dt может ограничить ООБР из-за инжекции тока через емкость Сзс).

Формирование необходимой траектории рабочей точки обеспечивается обычно RC-цепью ( snubber ), типа показанных на рис. 7.19.

Рис 7.15. Типовое рабочее место при монтаже ПТ.

Типичные ООБР в полевом и биполярном режимах СИТ приведены на рис. 7.17 а,б.

Защита СИТ, обеспечивающая положение рабочей точки в границах ОБР, сводится к следующим основным методам:

1. Ограничение напряжения.

2. Формирование безопасной траектории рабочей точки.

3. Формирование безопасной ООБР (при работе в биполярном режиме).

Ограничение напряжения обеспечивается в основном стабилитронами (рекомендуются импульсные стабилитроны типа Е) (рис. 7.18а). Снижение тока через ограничивающий стабилитрон возможно в схеме включения по рис. 7.186.

Недостатки такого метода защиты: заданность уровня ограничения, потеря энергии в ограничителе; ограничена также отечественная номенклатура стабилитронов (особенно высоковольтных). Возможны варианты построения ограничивающих цепей с возвратом энергии в источнике или в нагрузку (аналогично цепям защиты биполярных транзисторов); пример такого построения приведен на рис. 7.18в.

Рис 7.16. Прямые ОБР СИТ в полевом а) и биполярном б) режимах

Оценим параметры такой RC-цепи. Пусть L - 10 мкГн, 1с - 3 А (ток стока перед выключением), f - 25 кГц, Оси - 60 В. Мощность, которая поглощается конденсатором: 0,5 Llc f 1.125 Вт, откуда R -иси/Р - 3,3 К; т - RC - 5/f - 200 мкс, откуда С -0,061 = 0,05 мкФ. Если всплеск перенапряжения достигается за времена г 10 не, то необходимо учесть быстродействие диода при включении.

Отметим, что возможен и простейший способ защиты шунтированием индуктивности нагрузки диодом (рис. 7.19,в); при этом, однако, остаются перенапряжения, вносимые падением напряжения на диоде и паразитными индуктивностями рассеяния 1 (в частности.