SmbJ1505CA Protection SIC MOSFET ANTERIOR PROBLEMA

Pensar y resolver el problema de la puerta del tubo SiC MOS

Como un nuevo tipo de dispositivo semiconductor de potencia, el tubo SIC MOS se ha utilizado ampliamente en nuevos vehículos de energía, fotovoltaicos, redes inteligentes y otros campos en los últimos años con la madurez de la tecnología. Tiene ventajas significativas, como la velocidad de conmutación rápida, la baja resistencia en la resistencia y la alta resistencia a la temperatura, y se ha convertido gradualmente en un poderoso sustituto de los dispositivos tradicionales basados ​​en silicio.

Tomando nuevos vehículos de energía como ejemplo, los tubos SIC MOS se utilizan en los inversores a bordo para mejorar la eficiencia de la conversión de energía, reducir la pérdida de energía y, por lo tanto, aumentar el rango de crucero del vehículo. En el campo fotovoltaico, los inversores fotovoltaicos que utilizan tubos SIC MOS pueden lograr una mayor densidad de potencia y eficiencia de conversión, reduciendo los costos del sistema.

La importancia de estudiar el problema de la puerta

Como el final de control clave del tubo SIC MOS, su rendimiento y confiabilidad afectan directamente la estabilidad de trabajo y la vida útil de todo el dispositivo. Una vez que la puerta está dañada, el tubo Sic MOS no funcionará correctamente, lo que dará como resultado una falla de todo el sistema de circuito; Como un nuevo tipo de dispositivo semiconductor de potencia, SIC MOS Tube se ha utilizado ampliamente en nuevos vehículos de energía, fotovoltaicos, redes inteligentes y otros campos con la madurez de la tecnología en los últimos años. Tiene ventajas significativas, como la velocidad de conmutación rápida, la baja resistencia en la resistencia y la alta resistencia a la temperatura, y se ha convertido gradualmente en un poderoso sustituto de los dispositivos tradicionales basados ​​en silicio.

Descripción general de la estructura del proceso de chip

La estructura del proceso de chip del tubo SIC MOS incluye principalmente sustrato, capa epitaxial, fuente, drenaje, puerta y capa aislante. Entre ellos, el sustrato generalmente está hecho de material de carburo de silicio, que tiene las características de alta conductividad térmica y alta resistencia al campo eléctrico de ruptura, proporcionando un buen soporte físico y bases eléctricas para el dispositivo. La capa epitaxial crece en el sustrato y se utiliza para controlar con precisión los parámetros eléctricos del dispositivo.

La fuente y el drenaje se encuentran en ambos lados del chip, que son los extremos de entrada y salida de la corriente. La puerta está separada del canal mediante una capa aislante. La conducción y el límite del canal se controlan aplicando voltaje, realizando así la regulación de la corriente. La capa aislante generalmente está hecha de materiales como el dióxido de silicio, y su calidad y grosor tienen una influencia importante en el rendimiento de la puerta.

La posición y la función de la puerta en el chip

Posición: La puerta se encuentra entre la fuente y el drenaje, y está muy adyacente al canal a través de la capa aislante. Su función principal es controlar la conductividad del canal a través del efecto del campo eléctrico y lograr un control preciso de la conducción y apagado del tubo SIC MOS. Cuando se aplica un voltaje positivo a la puerta, los electrones se inducen en el canal a formar un canal conductor, que enciende el tubo SIC MOS; Cuando el voltaje de la puerta es cero, los electrones en el canal desaparecen, el canal conductor está cerrado y el tubo SIC MOS se apaga.

Función: La función de control de la puerta es como el interruptor de un grifo, que puede ajustar con precisión el tamaño y el encendido del flujo de agua (corriente), asegurando que el tubo SIC MOS funcione de manera estable y confiable en varias aplicaciones de circuito.

Análisis de las razones por las cuales la puerta se daña fácilmente

El mecanismo de acción del condensador de Miller

Debido a factores como el ancho de polisilicio, el canal y el ancho de la zanja, el grosor de la capa de óxido de polo G, el perfil de dopaje de la unión PN, los tubos SIC MOS generarán capacitancia parasitaria, entre los cuales el CGD del condensador de molinero clave juega un papel importante. CGD no es constante, cambiará rápidamente con el cambio del voltaje entre la puerta y el drenaje

Cuando el tubo MOS del lado alto se enciende repentinamente, el voltaje de drenaje del tubo MOS del lado bajo aumentará instantáneamente. En este momento, se generará una corriente con un tamaño de capacitancia de Miller multiplicada por la tasa de cambio de voltaje en el condensador de Miller del tubo MOS bajo. Si la puerta está abierta, esta corriente solo puede cargar el condensador CGS a continuación, lo que hará que el voltaje de la puerta aumente repentinamente. Cuando el voltaje de la puerta excede el voltaje de la línea de la puerta VTH del tubo MOS, el tubo MOS es propenso a la conducción errónea, y la mala conducción a largo plazo dañará la puerta.

Ejemplos de problemas causados ​​por la capacitancia parásita

En un circuito de medio puente, cuando se enciende un tubo MOS, debido a la existencia de capacitancia de Miller, afectará la puerta de otro tubo MOS. Por ejemplo, en una aplicación de la fuente de alimentación de conmutación, debido al efecto de la capacitancia de Miller, el voltaje de la puerta aumenta de manera anormal, excediendo el rango de voltaje de la puerta y eventualmente causando la descomposición de la puerta y el daño, lo que hace que toda la fuente de alimentación de conmutación no pueda funcionar normalmente.

Fuentes de sobretensión en circuitos externos

La sobretensión en los circuitos externos puede ser causado por una variedad de razones, como los rayos, las fluctuaciones de la red eléctrica, las operaciones de conmutación de cargas inductivas, etc. Los golpes de rayos pueden generar pulsos instantáneos de alto voltaje, que pueden transmitirse al tubo Sic MOS a través de la línea de alimentación o la línea de señal.

Cuando la red eléctrica fluctúa, el aumento repentino en el voltaje también representará una amenaza para el tubo Sic MOS.

Cuando la carga inductiva (como motores, transformadores, etc.) se desconecta repentinamente, se generará una fuerza electromotriz posterior, formando un pico de voltaje muy alto. Estas sobretensiones pueden transmitirse a la puerta del tubo Sic MOS a través del circuito, causando daños.

Principio de daño a la puerta por sobretensión

Cuando el voltaje en la puerta excede su voltaje de soporte nominal, el óxido de la puerta se descompondrá, lo que resulta en una disminución en el rendimiento del aislamiento entre la puerta y el canal, o incluso un cortocircuito; Esto hará que la puerta pierda su control sobre el canal, y el tubo Sic MOS no funcionará correctamente. En casos severos, causará daños permanentes al dispositivo

La sobretensión también puede causar efectos térmicos dentro de la puerta, lo que hace que la temperatura del material de la puerta aumente bruscamente, lo que hace que el rendimiento del material se deteriore y exacerbe aún más el daño a la puerta

Características de la temperatura de funcionamiento de los tubos SIC MOS

Aunque los tubos SIC MOS tienen un buen rendimiento de alta temperatura, sus parámetros de rendimiento aún cambiarán en entornos de alta temperatura. A medida que aumente la temperatura, aumentará la resistencia del tubo SIC MOS, la velocidad de conmutación disminuirá y la corriente de fuga aumentará. Los cambios en estos parámetros aumentarán el consumo de energía del dispositivo, generarán más calor y agravarán aún más el aumento de la temperatura.

Cuando la temperatura excede un cierto límite, afectará el material y la estructura de la puerta, reduciendo la fiabilidad de la puerta

El impacto de la alta temperatura en el material y la estructura de la puerta

La alta temperatura reducirá el rendimiento del material aislante de la puerta, lo que resulta en una disminución en la resistencia al aislamiento entre la puerta y el canal, aumentando el riesgo de fuga. La temperatura alta también puede causar la expansión térmica del material metálico de la puerta, lo que provoca la conexión entre la puerta y otros componentes se afloja o se rompen, afectando el funcionamiento normal de la puerta.

En algunos escenarios de aplicación de alta temperatura, como el equipo electrónico en el compartimento del motor de un automóvil, el tubo SIC MOS se encuentra en un entorno de alta temperatura durante mucho tiempo, y la probabilidad de daño a la puerta aumenta significativamente.

Defectos del proceso de fabricación

Problemas de proceso de fabricación comunes

Durante el proceso de fabricación de los tubos SIC MOS, pueden ocurrir algunos defectos del proceso, como pozos en la capa de óxido de puerta, contaminación por impureza, desviación de fotolitografía, etc.; Estos defectos causarán un grosor desigual de la capa de óxido de puerta y la resistencia excesiva al campo eléctrico local, reduciendo así la capacidad de voltaje de resistencia de la puerta.

La contaminación por impureza puede cambiar las propiedades eléctricas del material de la puerta y afectar el funcionamiento normal de la puerta. La desviación de la fotolitografía puede causar una precisión dimensional insuficiente de la puerta, lo que afecta la consistencia del rendimiento del dispositivo.

Cómo los defectos del proceso causan daños en la puerta

Los agujeros en la capa de óxido de la puerta se convertirán en canales de fuga para la corriente. Cuando la corriente pasa a través de los agujeros, se generará calentamiento local, causando más daño a la capa de óxido.

La contaminación por impureza cambiará la resistividad del material de la puerta, afectará la distribución del campo eléctrico de la puerta y aumentará el riesgo de descomposición de la puerta.

El tamaño de puerta inconsistente causado por la desviación de la fotolitografía causará diferencias en el rendimiento de la puerta de diferentes dispositivos. En aplicaciones prácticas, las puertas con bajo rendimiento son más susceptibles al daño.

Introducción al principio de trabajo básico

SMBJ1505CA es un dispositivo de protección de circuito altamente eficiente, y su principio de trabajo se basa en el efecto de desglose de avalancha de la unión PN. Cuando el voltaje a través de los televisores excede su voltaje de descomposición, los televisores se encenderán rápidamente y sujetarán la sobretensión en un nivel más bajo, protegiendo así el dispositivo protegido del impacto del voltaje excesivo. En el circuito, los televisores generalmente están conectados en paralelo con la puerta del tubo Sic MOS protegido. Cuando se produce una sobretensión transitoria, los televisores responderán en muy poco tiempo (generalmente nanosegundos) y omitirán la sobrevoltaje al suelo, para que el voltaje de la puerta permanezca dentro de un rango seguro.

SMBJ1505CA está especialmente diseñado para la protección de la puerta del tubo SIC MOS. El diodo de supresión transitoria Su voltaje de desglose hacia adelante generalmente se establece en aproximadamente 15V y el voltaje de desglose inverso se establece en aproximadamente -5V. Tal configuración de voltaje puede coincidir con el rango de voltaje de funcionamiento de la puerta del tubo SIC MOS, protegiendo efectivamente la puerta del daño por sobrecargaciones hacia adelante e inversa. Este diodo tiene las características del tiempo de respuesta rápido, la baja resistencia dinámica y la alta tolerancia a la potencia de pulso. El tiempo de respuesta rápido puede garantizar una acción oportuna en el momento de la sobrevoltaje, la baja resistencia dinámica puede hacer que el voltaje de sujeción sea lo más cerca posible del voltaje de descomposición, y la alta tolerancia de potencia de pulso asegura que el diodo no se dañe cuando se someta a pulsos de corriente grandes

Razones para usar SMBJ1505CA

Evitar las fluctuaciones de voltaje de la puerta causadas por la diafonía

En aplicaciones como los circuitos de medio puente, la acción de conmutación del módulo de tubo SIC MOS causará la fluctuación de voltaje de la fuente de puerta del interruptor de otro módulo, es decir, el problema de la diafonía. La diafonía positiva puede hacer que el voltaje de la puerta aumente positivamente, y si excede el umbral, causará una apertura falsa; La diafonía negativa puede aumentar negativamente el voltaje de la puerta, y exceder el límite de tolerancia de voltaje negativo causará la descomposición de la puerta. El diodo de supresión transitoria SMBJ1505CA puede suprimir efectivamente la fluctuación de voltaje de la puerta causada por la diafonía. Cuando el voltaje de la puerta aumenta o disminuye anormalmente, los televisores se encenderán rápidamente y sujetarán el voltaje dentro de un rango seguro para evitar la apertura falsa y la descomposición de la puerta.

Lidiar con la amenaza de sobrevoltaje transitorio

Como se mencionó anteriormente, existen varias amenazas de sobrevoltaje transitorio en el circuito externo, como las sobrecargaciones generadas por los rayos, las fluctuaciones de la red eléctrica y los interruptores de carga inductivos. Estas sobretensiones pueden exceder instantáneamente el voltaje de resistencia de la puerta del tubo SIC MOS, causando daños irreversibles en la puerta.

Los diodos de supresión transitoria pueden responder rápidamente en el momento de la sobrevoltaje, limitar la sobretensión dentro de un rango seguro, proporcionar una protección confiable para la puerta de los tubos SIC MOS y garantizar que el dispositivo funcione normalmente en entornos eléctricos hostiles.

Beneficios de agregar diodos de supresión transitoria

Al suprimir la sobrevoltaje y la diafonía, los diodos de supresión transitoria pueden reducir efectivamente el estrés eléctrico en la puerta y reducir el riesgo de daño de la puerta, mejorando así la confiabilidad y estabilidad de la puerta de los tubos SIC MOS. Esto ayuda a extender la vida útil de los tubos SIC MOS, reducir la aparición de fallas en el equipo y mejorar la confiabilidad de todo el sistema de circuito.

En los campos de la automatización industrial, la electrónica de energía, etc., la confiabilidad y la estabilidad del equipo son cruciales. El uso de diodos de supresión transitoria para proteger la puerta puede garantizar el funcionamiento estable a largo plazo del equipo y reducir los costos de mantenimiento.