Visualizações: 0 Autor: Editor de sites Publicar Tempo: 2025-04-10 Origem: Site
Pensando e resolvendo o problema do portão do tubo SiC MOS
Como um novo tipo de dispositivo semicondutor de energia, o tubo SiC MOS tem sido amplamente utilizado em novos veículos de energia, fotovoltaicos, grades inteligentes e outros campos nos últimos anos com a maturidade da tecnologia. Possui vantagens significativas, como velocidade de comutação rápida, baixa resistência e resistência à alta temperatura, e gradualmente se tornou um substituto poderoso para os dispositivos tradicionais à base de silício.
Tomando novos veículos de energia como exemplo, os tubos do SIC MOS são usados em inversores a bordo para melhorar a eficiência da conversão de energia, reduzir a perda de energia e, assim, aumentar a faixa de cruzeiro do veículo. No campo fotovoltaico, os inversores fotovoltaicos usando tubos SiC MOS podem obter maior densidade de potência e eficiência de conversão, reduzindo os custos do sistema.
A importância de estudar o problema do portão
Como o final do controle do tubo SIC MOS, seu desempenho e confiabilidade afetam diretamente a estabilidade e a vida útil de todo o dispositivo. Depois que o portão estiver danificado, o tubo SIC MOS não funcionará corretamente, resultando em falha de todo o sistema de circuitos; Como um novo tipo de dispositivo semicondutor de energia, o tubo SiC MOS tem sido amplamente utilizado em novos veículos de energia, fotovoltaicos, grades inteligentes e outros campos com a maturidade da tecnologia nos últimos anos. Possui vantagens significativas, como velocidade de comutação rápida, baixa resistência e resistência à alta temperatura, e gradualmente se tornou um substituto poderoso para os dispositivos tradicionais à base de silício.
Visão geral da estrutura do processo de chip
A estrutura do processo de chip do tubo SiC MOS inclui principalmente substrato, camada epitaxial, fonte, drenagem, portão e camada isolante. Entre eles, o substrato geralmente é feito de material de carboneto de silício, que possui as características de alta condutividade térmica e alta resistência ao campo elétrico de quebra, fornecendo um bom suporte físico e base elétrica para o dispositivo. A camada epitaxial cresce no substrato e é usada para controlar com precisão os parâmetros elétricos do dispositivo.
A fonte e o dreno estão localizadas nos dois lados do chip, que são as extremidades de entrada e saída da corrente. O portão é separado do canal por uma camada isolante. A condução e o corte do canal são controlados aplicando tensão, realizando assim a regulamentação da corrente. A camada isolante é geralmente feita de materiais como dióxido de silício, e sua qualidade e espessura têm uma influência importante no desempenho do portão.
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A posição e a função do portão no chip
Posição: O portão está localizado entre a fonte e o dreno e está intimamente adjacente ao canal através da camada isolante. Sua principal função é controlar a condutividade do canal através do efeito do campo elétrico e obter controle preciso da condução e desligamento do tubo SiC MOS. Quando uma tensão positiva é aplicada ao portão, os elétrons são induzidos no canal para formar um canal condutor, que gira no tubo SiC MOS; Quando a tensão da porta é zero, os elétrons no canal desaparecem, o canal condutor é fechado e o tubo SiC MOS é desligado.
Função: A função de controle do portão é como a troca de uma torneira, que pode ajustar com precisão o tamanho e o deslocamento do fluxo de água (corrente), garantindo que o tubo SiC MOS funcione de forma de forma estável e confiável em várias aplicações de circuito.
Análise das razões pelas quais o portão está facilmente danificado
O mecanismo de ação do Miller Capacitor
Devido a fatores como a largura do polissilício, a largura do canal e a vala, a espessura da camada de óxido de pólo-G, o perfil de doping de junção PN, os tubos do SIC MOS geram capacitância parasitária, entre os quais o CGD do CGD do Capacitor Miller principal desempenha um papel importante. CGD não é constante, ele mudará rapidamente com a mudança da tensão entre o portão e o dreno
Quando o tubo MOS do lado alto é subitamente ligado, a tensão de drenagem do tubo MOS de baixo lado aumentará instantaneamente. No momento, uma corrente com um tamanho de capacitância de moleiro multiplicada pela taxa de mudança de tensão será gerada no capacitor Miller do tubo MOS de baixo lado. Se o portão estiver aberto, essa corrente só poderá carregar o capacitor CGS abaixo, o que fará com que a tensão do portão suba repentinamente. Quando a tensão do portão excede a tensão da linha da porta do tubo MOS, o tubo MOS é propenso a uma condução incorreta e a condução incorreta a longo prazo danificará o portão.
Exemplos de problemas causados pela capacitância parasitária
Em um circuito de meia-ponte, quando um tubo de MOS está ligado, devido à existência de capacitância de moleiro, isso afetará o portão de outro tubo MOS. Por exemplo, em uma aplicação de fonte de alimentação de comutação, devido ao efeito da capacitância de Miller, a tensão da porta aumenta de forma anormal, excedendo a faixa de tensão da porta e, eventualmente, causando quebra e dano no portão, tornando toda a fonte de alimentação de comutação incapaz de funcionar normalmente.
Fontes de sobretensão em circuitos externos
A excesso de tensão em circuitos externos pode ser causada por várias razões, como ataques de raios, flutuações da grade de energia, operações de comutação de cargas indutivas, etc. Golpes de raios podem gerar pulsos instantâneos de alta tensão, que podem ser transmitidos para o tubo SiC MOS através da linha de potência ou da linha de sinal.
Quando a grade de energia flutua, o aumento repentino da tensão também representa uma ameaça ao tubo do SIC MOS.
Quando a carga indutiva (como motores, transformadores etc.) é subitamente desconectada, será gerada uma força eletromotiva traseira, formando um pico de tensão muito alta. Essas sobretensões podem ser transmitidas para o portão do tubo SiC MOS através do circuito, causando danos a ele.
Princípio de dano ao portão por sobretensão
Quando a tensão no portão exceder sua tensão de resistência nominal, o óxido da porta se decompõe, resultando em uma diminuição no desempenho do isolamento entre a porta e o canal, ou mesmo um curto -circuito; Isso fará com que o portão perca seu controle sobre o canal, e o tubo SIC MOS não funcionará corretamente. Em casos graves, causará danos permanentes ao dispositivo
A sobretensão também pode causar efeitos térmicos dentro do portão, fazendo com que a temperatura do material da porta suba acentuadamente, fazendo com que o desempenho do material se deteriore e exacerbando ainda mais os danos ao portão
Características de temperatura operacional dos tubos do SIC MOS
Embora os tubos do SIC MOS tenham um bom desempenho de alta temperatura, seus parâmetros de desempenho ainda mudarão em ambientes de alta temperatura. À medida que a temperatura aumenta, a resistência do tubo SiC MOS aumentará, a velocidade de comutação diminuirá e a corrente de vazamento aumentará. As alterações nesses parâmetros aumentarão o consumo de energia do dispositivo, gerarão mais calor e agravarão ainda mais o aumento da temperatura.
Quando a temperatura exceder um certo limite, afetará o material e a estrutura do portão, reduzindo a confiabilidade do portão
O impacto da alta temperatura no material e estrutura do portão
A alta temperatura reduzirá o desempenho do material isolante da porta, resultando em uma diminuição na resistência do isolamento entre a porta e o canal, aumentando o risco de vazamento. A alta temperatura também pode causar expansão térmica do material de metal da porta, causando a conexão entre o portão e outros componentes para afrouxar ou quebrar, afetando a operação normal da porta.
Em alguns cenários de aplicação de alta temperatura, como equipamentos eletrônicos no compartimento do motor de um carro, o tubo SIC MOS está em um ambiente de alta temperatura por um longo tempo, e a probabilidade de dano ao portão aumenta significativamente.
Defeitos do processo de fabricação
Problemas comuns do processo de fabricação
Durante o processo de fabricação dos tubos do SIC MOS, podem ocorrer alguns defeitos de processo, como furos na camada de óxido de portão, contaminação por impureza, desvio de fotolitografia, etc.; Esses defeitos causarão espessura desigual da camada de óxido de portão e força excessiva do campo elétrico local, reduzindo assim a capacidade de tensão de resistência da porta.
A contaminação por impureza pode alterar as propriedades elétricas do material da porta e afetar a operação normal da porta. O desvio da fotolitografia pode causar precisão dimensional insuficiente do portão, afetando a consistência do desempenho do dispositivo.
Como os defeitos do processo causam danos no portão
Brilhas na camada de óxido de portão se tornarão canais de vazamento para a corrente. Quando a corrente passar pelos poços, o aquecimento local será gerado, causando mais danos à camada de óxido.
A contaminação por impureza alterará a resistividade do material da porta, afetará a distribuição do campo elétrico do portão e aumentará o risco de quebra do portão.
O tamanho inconsistente do portão causado pelo desvio da fotolitografia causará diferenças no desempenho do portão de diferentes dispositivos. Em aplicações práticas, os portões com baixo desempenho são mais suscetíveis a danos.
Introdução ao princípio básico de trabalho
O SMBJ1505CA é um dispositivo de proteção de circuito altamente eficiente, e seu princípio de trabalho é baseado no efeito de quebra de avalanche da junção PN. Quando a tensão nas TVs exceder sua tensão de quebra, as TVs ligam rapidamente e prenderão a sobretensão em um nível mais baixo, protegendo assim o dispositivo protegido do impacto da tensão excessiva. No circuito, as TVs geralmente são conectadas em paralelo com a porta do tubo SiC MOS protegido. Quando ocorre uma sobretensão transitória, as TVs respondem em um tempo muito curto (geralmente nanossegundos) e ignoram a sobretensão no chão, para que a tensão do portão permaneça dentro de uma faixa segura.
O diodo de supressão transitória do SMBJ1505CA é projetado especialmente para proteção do portão do tubo SiC MOS. Sua tensão de ruptura para a frente geralmente é definida como cerca de 15V e a tensão de ruptura reversa é definida como cerca de -5V. Essa configuração de tensão pode corresponder à faixa de tensão de operação do portão do tubo SiC MOS, protegendo efetivamente o portão contra danos por sobretensões para a frente e reversa. Este diodo tem as características do tempo de resposta rápido, baixa resistência dinâmica e alta tolerância ao poder de pulso. O tempo de resposta rápido pode garantir uma ação oportuna no momento da sobretensão, a baixa resistência dinâmica pode tornar a tensão de fixação o mais próximo possível da tensão de ruptura, e a tolerância à potência de pulso alta garante que o diodo não seja danificado quando submetido a grandes pulsos de corrente
Razões para usar SMBJ1505CA
Evite flutuações de tensão da porta causadas por diafonia
Em aplicações como circuitos de meia ponte, a ação de comutação do módulo do tubo SiC MOS fará com que a flutuação da tensão da fonte do portão da troca de outro módulo, ou seja, o problema de diafonia. Crosstalk positivo pode fazer com que a tensão do portão suba positivamente e, se exceder o limite, causará uma abertura falsa; Crosstalk negativo pode aumentar negativamente a tensão da porta e exceder o limite de tolerância a tensão negativa causará quebra de portão. O diodo de supressão transitória do SMBJ1505CA pode efetivamente suprimir a flutuação da tensão da porta causada pela diafonia. Quando a tensão do portão sobe ou cai anormalmente, as TVs ligam rapidamente e prenderão a tensão dentro de um alcance seguro para evitar a abertura falsa e a quebra do portão.
Lidar com a ameaça de sobretensão transitória
Como mencionado acima, existem várias ameaças de sobretensão transitória no circuito externo, como sobretensões geradas por ataques de raios, flutuações da grade de energia e interruptores de carga indutiva. Essas sobretensões podem exceder instantaneamente a tensão de resistência da porta do tubo do SIC MOS, causando danos irreversíveis ao portão.
Os diodos de supressão transitória podem responder rapidamente no momento da sobretensão, limitar a sobretensão dentro de uma faixa segura, fornecer proteção confiável para o portão dos tubos do SIC MOS e garantir que o dispositivo funcione normalmente em ambientes elétricos adversos.
Benefícios da adição de diodos de supressão transitória
Ao suprimir a sobretensão e a diafonia, os diodos de supressão transitória podem reduzir efetivamente o estresse elétrico no portão e reduzir o risco de danos na porta, melhorando assim a confiabilidade e a estabilidade do portão dos tubos do SiC MOS. Isso ajuda a prolongar a vida útil dos tubos do SIC MOS, reduzir a ocorrência de falhas do equipamento e melhorar a confiabilidade de todo o sistema de circuitos.
Nos campos da automação industrial, eletrônicos de energia etc., a confiabilidade e a estabilidade do equipamento são cruciais. O uso de diodos de supressão transitória para proteger o portão pode garantir uma operação estável a longo prazo do equipamento e reduzir os custos de manutenção.
