功率mosfet iar和eas参数解读（二）-尊龙凯时手机版

3 、iar和eas的电热评估方法

    下面，一步步地指导，评估iar和eas在实际表现和安全裕量之间如何达到平衡。

3.1  eas的功率/热评估方法

   规格书里的eas值的测试条件，规定了tc=25℃，和id的值。

   第一步，来评估mosfet在单雪崩发生时必须耗散的最大能量。在flyback电源里，mosfet d-s之间的脉冲电压会上升到v_（br）dss，如果没有嵌位网络，漏电感产生的能量eik，只能有mosfet消耗掉。

举例一种650v/5.4a的产品，电参数如下：

                     表1 电参数，绝对最大值

符号	参  数	数值	单位
vds	drain source voltage	650	v
id	drain current (continuous) at tc= 25℃	5.4	a
iar	avalanche current repetitive or not repetitive (pulsed width limited by tj max)	5.4	a
eas	single pulse avalanche energy (starting tj=25?c, id=iar,vdd=50v)	100	mj

表2 热数据

符号	参  数	数值	单位
rthj-c	thermal resistance junction-case max	4.17（ito）	℃/w
rthj-a	thermal resistance junction-ambient max	62.5	℃/w

从一个30w flayback电源，可以得到下面条件：

最大雪崩电流：4a

起始温度：25℃

初级电感量：550μh

漏电感：约13μh

变压器匝比：n=2

输出电压：48v

根据这些条件，可得出漏电感储存的能量为123μj，这也是mosfet在击穿期间必须能承受的能量。我们假设壳温是25℃，通过下面公式评估一下这个能量给mosfet带来的温升。

这里：△t～100ns，是雪崩脉冲宽度。

而且：

公式5        zth_j-c（△t）=k（△t）×rth_j-c

k是和脉冲宽度相关的热瞬态系数，它可使用下面公式通过热阻抗曲线评估出来。

图4 zthj-c thermal impedance

这样，由雪崩引起的温升和最后的结温为：

    在这种工作条件下，mosfet是安全的，因为最终的结温和最大雪崩能量都远远低于规范值。

按照这个观点，可以通过计算重复脉冲的雪崩能量，来理解究竟多少个脉冲可以使结温从25℃升到最高结温（150℃），。 

 

图5 zthj-a thermal impedance

因此，如果重复性雪崩能量的脉冲宽度只要不超过7ms，mosfet就是安全的。

下面，举例说明如何评估mosfet  eas的安全裕量？

使用前面30w电源的技术条件，我们可以计算理论上的最大电流（不考虑瞬态的i_ar）和最大漏电感，这时，认为e_as=100mj。由公式3得到

可以看到，规定了e_as=100mj，可以得出很大的i_p和l_lk，这与电源的实际情况不符合。这就意味着，mosfet不太可能因e_as而损坏。

3.2  i_ar的电评估

   iar定义了在寄生三极管还没有发生栓锁效应时的最大雪崩电流。这个参数不倚赖雪崩能量，这就意味着，只要实际的雪崩能量低于eas和雪崩电流iar低于规范值，mosfet就是安全的。公式15的计算值，是任何一个电源的漏电感也达不到的值。

   如前面所述，建议是监控iar比eas更重要。

   在单端反激电源里面，最坏的情况是磁芯饱和。如果磁芯饱和，电流会非常大，若接近iar值，是非常危险的。

   为避免这种情况发生，给出两点建议。1）优化驱动和网络电路，如增加缓冲、嵌位电路，增加输入电容；2）选择饱和电流限值大的变压器。这些都是为避免出现不好控制的磁芯饱和现象。

    然而，如果变压器不好改变，建议变压器增加气隙。这种方法，由于漏电感稍微增加会减少饱和现象，系统效率会轻微降低，但增加了iar的安全裕量还是值得的。