Zobrazení: 0 Autor: Editor stránek Publikování Čas: 2025-04-10 Původ: Místo
Myšlení a řešení problému brány trubice SIC MOS
Jako nový typ napájecího polovodičového zařízení byla trubice SIC MOS v posledních letech široce používána v nových energetických vozidlech, fotovoltaikách, inteligentních sítích a dalších oborech se zralostí technologie. Má významné výhody, jako je rychlá rychlost přepínání, nízká rezistence a odolnost proti vysoké teplotě, a postupně se stala silnou náhradou za tradiční křemíkové zařízení.
Jako příklad vezmeme-li nová energetická vozidla, trubice SIC MOS se používají ve palubních střídačkách ke zlepšení účinnosti přeměny energie, snížení ztráty energie a tím zvyšují výletní rozsah vozidla. Ve fotovoltaickém poli mohou fotovoltaické střídače využívající trubice SIC MOS dosáhnout vyšší hustoty výkonu a konverze, což snižuje náklady na systémy.
Důležitost studia problému brány
Jako konec ovládání klíče trubice SIC MOS, její výkon a spolehlivost přímo ovlivňují pracovní stabilitu a životnost celého zařízení. Jakmile je brána poškozena, trubice SIC MOS nebude fungovat správně, což povede k selhání celého systému obvodu; Jako nový typ napájecího polovodičového zařízení byla trubice SIC MOS široce používána v nových energetických vozidlech, fotovoltaikách, inteligentních sítích a dalších oborech se zralostí technologie v posledních letech. Má významné výhody, jako je rychlá rychlost přepínání, nízká rezistence a vysoká teplotní odolnost a postupně se stala silnou náhradou za tradiční křemíkové zařízení.
Přehled struktury procesu čipů
Struktura procesu čipu trubice SIC MOS zahrnuje hlavně substrát, epitaxiální vrstvu, zdroj, odtok, bránu a izolační vrstvu. Mezi nimi je substrát obvykle vyroben z materiálu karbidu křemíku, který má vlastnosti vysoké tepelné vodivosti a vysokou pevnost v elektrickém poli, což poskytuje dobrou fyzickou podporu a elektrický základ pro zařízení. Epitaxiální vrstva roste na substrátu a používá se k přesnému řízení elektrických parametrů zařízení.
Zdroj a odtok jsou umístěny na obou stranách čipu, což jsou vstupní a výstupní konce proudu. Brána je od kanálu oddělena izolační vrstvou. Vedení a omezení kanálu jsou řízeny použitím napětí, čímž si uvědomíme regulaci proudu. Izolační vrstva je obvykle vyrobena z materiálů, jako je oxid křemičitý, a jeho kvalita a tloušťka mají důležitý vliv na výkon brány.
|
|
Pozice a funkce brány v čipu
Pozice: Brána je umístěna mezi zdrojem a odtokem a úzce sousedí s kanálem přes izolační vrstvu. Jeho hlavní funkcí je kontrolovat vodivost kanálu prostřednictvím efektu elektrického pole a dosáhnout přesné kontroly vedení a vypnutí trubice SIC MOS. Když je na bránu aplikováno pozitivní napětí, jsou v kanálu indukovány elektrony za vzniku vodivého kanálu, který zapne trubici SIC MOS; Když je napětí brány nulové, elektrony v kanálu zmizí, vodivý kanál je uzavřen a trubice SIC MOS se vypne.
Funkce: Řídicí funkce brány je jako přepínač faucetu, který může přesně upravit velikost a on-off toku vody (proud), což zajišťuje, že trubice SIC MOS pracuje stabilně a spolehlivě v různých obvodových aplikacích.
Analýza důvodů, proč je brána snadno poškozena
Mechanismus působení kondenzátoru Miller
Vzhledem k faktorům, jako je šířka polysilikonu, šířka kanálu a příkopu, tloušťka oxidové vrstvy G-pólové oxidy, dopingový profil PN, trubice SIC MOS vytvářejí parazitickou kapacitu, mezi nimiž hraje důležitou roli klíčový Miller kondenzátor CGD. CGD není konstantní, rychle se změní se změnou napětí mezi bránou a odtokem
Když je najednou zapnutá trubice MOS na vysoké straně, vypouštěcí napětí trubice MOS s nízkou stranou se okamžitě zvýší. V této době bude na Millerově kondenzátoru MOS MOS trubice generován proud s velikostí Millerovy kapacity vynásobené rychlostí změny napětí. Pokud je brána otevřená, může tento proud nabíjet pouze kondenzátor CGS níže, což způsobí náhle napětí brány. Když napětí brány překročí napětí vedení brány vTh trubice MOS, trubice MOS je náchylná k nesprávnému vládnutí a dlouhodobá nesprávná vláda poškodí bránu.
Příklady problémů způsobených parazitní kapacitou
V obvodu nevlastního mostu, kdy je zapnuta jedna trubice MOS, vzhledem k existenci Millerovy kapacity ovlivní bránu jiné trubice MOS. Například v aplikaci přepínacího napájení, kvůli účinku Millerovy kapacity, napětí brány stoupá abnormálně, přesahující rozsah napětí brány a nakonec způsobuje rozpad a poškození brány, což způsobuje, že celý přepínací zdroj není schopen normálně fungovat.
Zdroje přepětí ve vnějších obvodech
Přepětí v externích obvodech může být způsobeno různými důvody, jako jsou bleskové údery, kolísání výkonových mřížky, přepínací operace indukčních zatížení atd. Údery blesku mohou generovat okamžité vysokopěťové pulzy, které mohou být přenášeny do trubky MOS SIC MOS nebo linií signálu.
Když napájecí mřížka kolísá, náhlé zvýšení napětí také představuje hrozbu pro trubici SIC MOS.
Když je najednou odpojena induktivní zatížení (jako jsou motory, transformátory atd.), Bude vytvořena zadní elektromoční síla, která vytvoří velmi vysoký napěťový hrot. Tyto přepětí mohou být přenášeny do brány trubice SIC MOS přes obvod, což způsobuje poškození.
Princip poškození brány přepětím
Když napětí na bráně překročí jeho jmenovité napětí, oxid brány se rozpadne, což povede ke snížení izolačního výkonu mezi bránou a kanálem nebo dokonce zkrat; To způsobí, že brána ztratí kontrolu nad kanálem a trubice SIC MOS nebude fungovat správně. V závažných případech to způsobí trvalé poškození zařízení
Přepětí může také způsobit tepelné účinky uvnitř brány, což způsobí, že teplota materiálu brány prudce stoupá, což způsobí, že se výkon materiálu zhoršuje, a dále zhoršuje poškození brány
Charakteristiky provozní teploty trubek SIC MOS
Ačkoli trubice SIC MOS mají dobrý vysokoteplotní výkon, jejich výkonové parametry se stále mění ve vysokoteplotních prostředích. Jak teplota stoupá, zvýší se odolnost trubice SIC MOS, rychlost přepínání se sníží a zvýší se proud úniku. Změny v těchto parametrech zvýší spotřebu energie zařízení, generují více tepla a dále zhoršují zvýšení teploty.
Když teplota překročí určitý limit, ovlivní to materiál a strukturu brány, což snižuje spolehlivost brány
Dopad vysoké teploty na materiál a strukturu brány
Vysoká teplota sníží výkon izolačního materiálu brány, což povede ke snížení izolační odolnosti mezi bránou a kanálem, což zvyšuje riziko úniku. Vysoká teplota může také způsobit tepelnou roztažku kovového materiálu brány, což způsobí, že se spojení mezi bránou a dalšími komponenty uvolní nebo zlomí, což ovlivňuje normální provoz brány.
V některých scénářích aplikací s vysokou teplotou, jako jsou elektronické zařízení v motorovém prostoru automobilu, je trubice SIC MOS po dlouhou dobu ve vysokoteplotním prostředí a pravděpodobnost poškození brány se výrazně zvýší.
Vady výrobního procesu
Běžné problémy s výrobním procesem
Během výrobního procesu trubek SIC MOS se mohou vyskytnout některé procesní vady, jako jsou dírky ve vrstvě oxidu brány, kontaminace nečistot, fotolitografická odchylka atd.; Tyto vady způsobí nerovnoměrnou tloušťku vrstvy oxidu brány a nadměrnou sílu místního elektrického pole, čímž se sníží schopnost napětí brány.
Kontaminace nečistot může změnit elektrické vlastnosti materiálu brány a ovlivnit normální provoz brány. Fotolitografická odchylka může způsobit nedostatečnou rozměrovou přesnost brány, což ovlivňuje konzistenci výkonu zařízení.
Jak procesní vady způsobují poškození brány
Kinholes ve vrstvě oxidu brány se stanou únikovými kanály pro proud. Když proud prochází skrz dírky, bude generováno lokální vytápění, což způsobí další poškození oxidové vrstvy.
Kontaminace nečistot změní odpor materiálu brány, ovlivní distribuci elektrického pole brány a zvýší riziko rozpadu brány.
Nekonzistentní velikost brány způsobená odchylkou fotolitografie způsobí rozdíly ve výkonu Gate u různých zařízení. V praktických aplikacích jsou brány se špatným výkonem náchylnější k poškození.
Úvod do základního pracovního principu
SMBJ1505CA je vysoce účinné zařízení na ochranu obvodů a jeho pracovní princip je založen na efektu rozkladu laviny na křižovatce PN. Když napětí napříč televizory překročí jeho rozkladové napětí, televizory se rychle zapnou a upíná přepětí na nižší úrovni, čímž chrání chráněné zařízení před dopadem nadměrného napětí. V obvodu jsou TVS obvykle připojeny paralelně s bránou chráněné trubice SIC MOS. Když dojde k přechodnému přepětí, TVS reaguje ve velmi krátké době (obvykle nanosekundy) a obchází přepětí k zemi, takže napětí brány zůstává v bezpečném rozsahu.
SMBJ1505CA přechodná potlačovací dioda je speciálně navržena pro ochranu proti bráně Trube SIC MOS. Jeho napětí vpřed je obvykle nastaveno na přibližně 15 V a napětí zpětného rozpadu je nastaveno na asi -5 V. Takové nastavení napětí může odpovídat rozsahu provozního napětí brány trubice SIC MOS a účinně chrání bránu před poškozením dopředu a zpětným přepětím. Tato dioda má vlastnosti rychlé doby odezvy, nízké dynamické odolnosti a vysoké tolerance pulzní energie. Rychlá doba odezvy může zajistit včasný účinek v okamžiku přepětí, nízký dynamický odpor může co nejblíže k rozrušení napětí co nejblíže k rozpadu a tolerance s vysokým pulzním výkonem zajišťuje, že dioda nebude poškozena, když je podrobena velkým proudovým impulzům
Důvody pro použití SMBJ1505CA
Zabránit kolísáním napětí brány způsobené přeslechem
V aplikacích, jako jsou obvody nevlastního mostu, způsobí přepínací akce trubice SIC MOS modul SIC MOS kolísání napětí přepínače jiného modulu, tj. Problém s překročením. Pozitivní přeslech může způsobit, že se napětí brány pozitivně zvýší, a pokud překročí prahovou hodnotu, způsobí falešné otevření; Negativní přeslech může negativně zvýšit napětí brány a překročení negativního limitu tolerance napětí způsobí rozpad brány. Přechodná potlačovací dioda SMBJ1505CA může účinně potlačit fluktuaci napětí brány způsobené přeslechem. Když napětí brány stoupá nebo abnormálně klesne, televizory se rychle zapnou a napětí v bezpečném rozsahu upevnou, aby se zabránilo falešnému otevření a rozpadu brány.
Řešení hrozby přechodného přepětí
Jak je uvedeno výše, v externím obvodu jsou různé přechodné přepětí, jako jsou přepětí generované bleskovými údery, kolísání výkonové mřížky a spínače induktivního zatížení. Tyto přepětí mohou okamžitě překročit napětí vydrželi napětí trubice SIC MOS, což způsobí nevratné poškození brány.
Diody přechodného potlačení mohou rychle reagovat v okamžiku přepětí, omezit přepětí v bezpečném rozsahu, poskytovat spolehlivou ochranu pro bránu trubek SIC MOS a zajistit, aby zařízení normálně fungovalo v drsném elektrickém prostředí.
Výhody přidání přechodných potlačovacích diod
Potlačením přepětí a přeslechu mohou přechodné potlačovací diody účinně snížit elektrické napětí na bráně a snížit riziko poškození brány, čímž se zlepšuje spolehlivost a stabilitu brány trubek SIC MOS. To pomáhá prodloužit životnost trubek SIC MOS, snížit výskyt selhání zařízení a zlepšit spolehlivost celého systému obvodu.
V polích průmyslové automatizace, energetické elektroniky atd. Je spolehlivost a stabilita zařízení zásadní. Použití přechodných potlačovacích diod pro ochranu brány může zajistit dlouhodobý stabilní provoz zařízení a snížit náklady na údržbu.
