Protezione SMBJ1505CA SIC MOSFET Nuovo rilascio di prodotto

Pensare e risolvere il problema del gate del tubo MOS SIC

Come nuovo tipo di dispositivo a semiconduttore di potenza, la tuba SIC MOS è stata ampiamente utilizzata in nuovi veicoli energetici, fotovoltaici, reti intelligenti e altri campi negli ultimi anni con la maturità della tecnologia. Ha vantaggi significativi come una velocità di commutazione rapida, una bassa resistenza e una resistenza ad alta temperatura e è diventato gradualmente un potente sostituto dei tradizionali dispositivi a base di silicio.

Assumendo nuovi veicoli energetici come esempio, i tubi MOS SIC vengono utilizzati negli inverter di bordo per migliorare l'efficienza di conversione della potenza, ridurre la perdita di energia e quindi aumentare la gamma di crociera del veicolo. Nel campo fotovoltaico, gli inverter fotovoltaici che utilizzano tubi MOS SIC possono ottenere una maggiore densità di potenza e l'efficienza di conversione, riducendo i costi del sistema.

L'importanza di studiare il problema del gate

Poiché l'estremità del controllo chiave del tubo MOS SIC, le sue prestazioni e affidabilità influenzano direttamente la stabilità di lavoro e la vita dell'intero dispositivo. Una volta danneggiato il cancello, il tubo MOS SIC non funzionerà correttamente, con conseguente fallimento dell'intero sistema di circuiti; Come nuovo tipo di dispositivo a semiconduttore di potenza, SIC MOS Tube è stato ampiamente utilizzato in nuovi veicoli energetici, fotovoltaici, reti intelligenti e altri campi con la maturità della tecnologia negli ultimi anni. Ha vantaggi significativi come una velocità di commutazione rapida, una bassa resistenza e una resistenza ad alta temperatura e è diventato gradualmente un potente sostituto dei tradizionali dispositivi a base di silicio.

Panoramica della struttura del processo di chip

La struttura del processo del chip del tubo MOS SIC include principalmente substrato, strato epitassiale, fonte, drenaggio, gate e strato isolante. Tra questi, il substrato è generalmente realizzato in materiale in carburo di silicio, che ha le caratteristiche dell'elevata conducibilità termica e l'elevata resistenza al campo elettrico di rottura, fornendo un buon supporto fisico e fondamenta elettrica per il dispositivo. Lo strato epitassiale cresce sul substrato e viene utilizzato per controllare accuratamente i parametri elettrici del dispositivo.

La sorgente e il drenaggio si trovano su entrambi i lati del chip, che sono le estremità di ingresso e output della corrente. Il cancello è separato dal canale da uno strato isolante. La conduzione e il taglio del canale sono controllati applicando la tensione, realizzando così la regolamentazione della corrente. Lo strato isolante è generalmente realizzato con materiali come il biossido di silicio e la sua qualità e spessore hanno un'influenza importante sulle prestazioni del cancello.

La posizione e la funzione del cancello nel chip

Posizione: il cancello si trova tra la sorgente e lo scarico ed è strettamente adiacente al canale attraverso lo strato isolante. La sua funzione principale è quella di controllare la conduttività del canale attraverso l'effetto del campo elettrico e di ottenere un controllo preciso della conduzione e dell'arresto del tubo MOS SIC. Quando viene applicata una tensione positiva al gate, gli elettroni vengono indotti nel canale per formare un canale conduttivo, che gira sul tubo MOS SIC; Quando la tensione di gate è zero, gli elettroni nel canale scompaiono, il canale conduttivo è chiuso e il tubo MOS SIC viene disattivato.

Funzione: la funzione di controllo del gate è come l'interruttore di un rubinetto, che può regolare accuratamente le dimensioni e l'aff-off del flusso d'acqua (corrente), garantendo che il tubo MOS SIC funzioni stabilmente e in modo affidabile in varie applicazioni di circuito.

Analisi dei motivi per cui il cancello è facilmente danneggiato

Il meccanismo d'azione del condensatore di Miller

A causa di fattori come la larghezza del polisilicio, la larghezza del canale e la trincea, lo spessore dello strato di ossido di G-pole, il profilo di doping della giunzione PN, i tubi MOS SIC genereranno capacità parassita CGD non è costante, cambierà rapidamente con il cambiamento della tensione tra il cancello e lo scarico

Quando il tubo MOS alto viene improvvisamente acceso, la tensione di scarico del tubo MOS basso aumenterà istantaneamente. Al momento, una corrente con una dimensione della capacità di Miller moltiplicata per il tasso di variazione di tensione verrà generata sul condensatore Miller del tubo MOS a basso lato. Se il gate è aperto, questa corrente può caricare solo il condensatore CGS di seguito, che farà aumentare improvvisamente la tensione del gate. Quando la tensione di gate supera la tensione della linea di gate VTH del tubo MOS, il tubo MOS è soggetto a erroneamente conduction e la conduzione errata a lungo termine danneggerà la porta.

Esempi di problemi causati dalla capacità parassita

In un circuito di mezza ponte, quando è acceso un tubo di MOS, a causa dell'esistenza della capacità di Miller, influenzerà la porta di un altro tubo MOS. Ad esempio, in un'applicazione di alimentazione di commutazione, a causa dell'effetto della capacità di Miller, la tensione di gate aumenta in modo anomalo, superando l'intervallo di tensione del gate e infine causando la rottura e il danno del gate, rendendo l'intero alimentatore di commutazione incapace di funzionare normalmente.

Fonti di sovratensione nei circuiti esterni

La sovratensione nei circuiti esterni può essere causata da una serie di ragioni, come fulmini, fluttuazioni della griglia di potenza, operazioni di commutazione di carichi induttivi, ecc. I fulmini possono generare impulsi istantanei ad alta tensione, che possono essere trasmessi al tubo MOS SIC attraverso la linea di alimentazione o il segnale.

Quando la griglia elettrica fluttua, l'improvviso aumento della tensione costituirà anche una minaccia per il tubo MOS SIC.

Quando il carico induttivo (come motori, trasformatori, ecc.) Viene improvvisamente disconnesso, verrà generata una forza elettromotrice posteriore, formando un picco di tensione molto elevato. Queste sovratensioni possono essere trasmesse alla porta del tubo MOS SIC attraverso il circuito, causando danni ad esso.

Principio di danno al cancello mediante sovratensione

Quando la tensione sul cancello supera la sua tensione di resistenza nominale, l'ossido del cancello si romperà, con conseguente riduzione delle prestazioni di isolamento tra il cancello e il canale o persino un cortocircuito; Ciò causerà la perdita del controllo del cancello sul canale e il tubo MOS SIC non funzionerà correttamente. Nei casi gravi, causerà danni permanenti al dispositivo

La sovratensione può anche causare effetti termici all'interno del cancello, causando un aumento bruscamente della temperatura del materiale del cancello, causando il deterioramento delle prestazioni del materiale e esacerbare ulteriormente il danno al cancello

Caratteristiche di temperatura operativa dei tubi MOS SIC

Sebbene i tubi MOS SIC abbiano buone prestazioni ad alta temperatura, i loro parametri di prestazione cambieranno comunque in ambienti ad alta temperatura. All'aumentare della temperatura, aumenterà la resistenza di resistenza del tubo MOS SIC, la velocità di commutazione diminuirà e la corrente di perdita aumenterà. Le variazioni di questi parametri aumenteranno il consumo energetico del dispositivo, genereranno più calore e aggraveranno ulteriormente l'aumento della temperatura.

Quando la temperatura supera un determinato limite, influenzerà il materiale e la struttura del cancello, riducendo l'affidabilità del cancello

L'impatto delle alte temperature sul materiale e sulla struttura del cancello

L'alta temperatura ridurrà le prestazioni del materiale isolante del cancello, con conseguente riduzione della resistenza all'isolamento tra il gate e il canale, aumentando il rischio di perdite. L'alta temperatura può anche causare l'espansione termica del materiale metallico del cancello, causando l'allentamento della gate e di altri componenti, influenzando il normale funzionamento del cancello.

In alcuni scenari di applicazione ad alta temperatura, come le apparecchiature elettroniche nel vano motore di un'auto, il tubo MOS SIC si trova in un ambiente ad alta temperatura per lungo tempo e la probabilità di danno al cancello è significativamente aumentata.

Difetti di processo di produzione

Problemi di processo di produzione comuni

Durante il processo di produzione dei tubi MOS SIC, possono verificarsi alcuni difetti di processo, come fori nello strato di ossido di gate, contaminazione da impurità, deviazione della fotolitografia, ecc.; Questi difetti causano spessore irregolare dello strato di ossido di gate e un'eccessiva resistenza al campo elettrico locale, riducendo così la capacità di tensione di resistenza del cancello.

La contaminazione da impurità può cambiare le proprietà elettriche del materiale del cancello e influire sul normale funzionamento del cancello. La deviazione della fotolitografia può causare un'accuratezza dimensionale insufficiente del cancello, influenzando la coerenza delle prestazioni del dispositivo.

In che modo i difetti del processo causano danni al gate

I buchi nello strato di ossido di gate diventeranno canali di perdita per la corrente. Quando la corrente passa attraverso i fori, verrà generato il riscaldamento locale, causando ulteriori danni allo strato di ossido.

La contaminazione da impurità cambierà la resistività del materiale del gate, influenzerà la distribuzione del campo elettrico del gate e aumenterà il rischio di guasto al gate.

La dimensione incoerente del gate causata dalla deviazione della fotolitografia causerà differenze nelle prestazioni del gate di diversi dispositivi. In applicazioni pratiche, i cancelli con scarse prestazioni sono più suscettibili ai danni.

Introduzione al principio di lavoro di base

SMBJ1505CA è un dispositivo di protezione a circuiti altamente efficiente e il suo principio di lavoro si basa sull'effetto di rottura della valanga della giunzione PN. Quando la tensione attraverso i TV supera la sua tensione di rottura, i TV accenderanno rapidamente e bloccano la sovratensione a un livello inferiore, proteggendo così il dispositivo protetto dall'impatto di una tensione eccessiva. Nel circuito, i TV sono generalmente collegati in parallelo con il cancello del tubo MOS SIC protetto. Quando si verifica una sovratensione transitoria, i TV rispondono in un tempo molto breve (di solito nanosecondi) e bypassano la sovratensione a terra, in modo che la tensione del gate rimanga all'interno di un intervallo di sicurezza.

Il diodo di soppressione transitoria SMBJ1505CA è appositamente progettato per la protezione del gate del tubo MOS SIC. La sua tensione di rottura in avanti è generalmente impostata su circa 15 V e la tensione di rottura inversa è impostata su circa -5 V. Tale impostazione di tensione può corrispondere alla gamma di tensione di funzionamento del gate del tubo MOS SIC, proteggendo efficacemente il gate dai danni da sovratensioni in avanti e inversa. Questo diodo ha le caratteristiche dei tempi di risposta rapidi, una bassa resistenza dinamica e un'elevata tolleranza alla potenza del polso. Il tempo rapido di risposta può garantire un'azione tempestiva al momento della sovratensione, la bassa resistenza dinamica può rendere la tensione di serraggio il più vicino possibile alla tensione di rottura e la tolleranza ad alta potenza dell'impulso garantisce che il diodo non venga danneggiato se sottoposto a impulsi di grande corrente di grandi dimensioni

Motivi per l'uso SMBJ1505CA

Prevenire le fluttuazioni della tensione di gate causate dal crosstalk

In applicazioni come i circuiti a metà ponte, l'azione di commutazione del modulo tubo MOS SIC causerà la fluttuazione della tensione della fonte di gate dell'interruttore di un altro modulo, cioè il problema del crosstalk. Il crosstalk positivo può causare un aumento positivo della tensione del gate e se supera la soglia, causerà una falsa apertura; Il crosstalk negativo può aumentare negativamente la tensione di gate e superare il limite di tolleranza alla tensione negativa causerà la rottura del gate. Il diodo di soppressione transitoria SMBJ1505CA può sopprimere efficacemente la fluttuazione della tensione di gate causata dal crosstalk. Quando la tensione di gate aumenta o diminuisce in modo anomalo, i TV accenderanno rapidamente e bloccheranno la tensione all'interno di un intervallo di sicurezza per prevenire la falsa apertura e la rottura del gate.

Affrontare la minaccia della sovratensione transitoria

Come accennato in precedenza, ci sono varie minacce di sovratensione transitoria nel circuito esterno, come le sovratensioni generate da fulmini, fluttuazioni della griglia di potenza e interruttori di carico induttivo. Queste sovratensioni possono superare istantaneamente la tensione di resistenza del gate del tubo MOS SIC, causando danni irreversibili al cancello.

I diodi di soppressione transitoria possono rispondere rapidamente al momento della sovratensione, limitare la sovratensione all'interno di un intervallo di sicurezza, fornire una protezione affidabile per il cancello dei tubi MOS SIC e garantire che il dispositivo funzioni normalmente in ambienti elettrici duri.

Vantaggi dell'aggiunta di diodi di soppressione transitoria

Sopprendendo la sovratensione e il crosstalk, i diodi di soppressione transitoria possono ridurre efficacemente la sollecitazione elettrica sul cancello e ridurre il rischio di danni alla porta, migliorando così l'affidabilità e la stabilità del cancello dei tubi MOS SIC. Ciò aiuta ad estendere la durata della durata dei tubi MOS SIC, a ridurre il verificarsi di guasti alle attrezzature e migliorare l'affidabilità dell'intero sistema di circuiti.

Nei settori dell'automazione industriale, dell'elettronica di alimentazione, ecc., L'affidabilità e la stabilità delle attrezzature sono cruciali. L'uso di diodi di soppressione transitoria per proteggere il cancello può garantire il funzionamento stabile a lungo termine dell'attrezzatura e ridurre i costi di manutenzione.