Vizualizări: 0 Autor: Site Editor Publicare Ora: 2025-04-10 Originea: Site
Gândirea și rezolvarea problemei de poartă a tubului sic mos
Ca un nou tip de dispozitiv cu semiconductor de putere, SIC MOS Tube a fost utilizat pe scară largă în vehicule energetice noi, fotovoltaice, rețele inteligente și alte câmpuri în ultimii ani, cu maturitatea tehnologiei. Are avantaje semnificative, cum ar fi viteza de comutare rapidă, rezistența la rezistență scăzută și la temperatură ridicată și a devenit treptat un substitut puternic pentru dispozitivele tradiționale pe bază de siliciu.
Luând noi vehicule energetice, ca exemplu, tuburile SIC MOS sunt utilizate în invertoarele de la bord pentru a îmbunătăți eficiența conversiei energiei, pentru a reduce pierderea de energie și, astfel, pentru a crește gama de croazieră a vehiculului. În câmpul fotovoltaic, invertoarele fotovoltaice care utilizează tuburi SIC MOS pot obține o densitate de putere mai mare și o eficiență de conversie, reducând costurile sistemului.
Importanța studierii problemei porții
Ca capăt de control cheie al tubului SIC MOS, performanța și fiabilitatea acestuia afectează în mod direct stabilitatea și durata de viață a întregului dispozitiv. Odată ce poarta este deteriorată, tubul SIC MOS nu va funcționa corect, ceea ce duce la eșecul întregului sistem de circuit; Ca un nou tip de dispozitiv cu semiconductor de putere, SIC MOS Tube a fost utilizat pe scară largă în vehicule energetice noi, fotovoltaice, rețele inteligente și alte câmpuri cu maturitatea tehnologiei din ultimii ani. Are avantaje semnificative, cum ar fi viteza de comutare rapidă, rezistența la rezistență scăzută și rezistența la temperaturi ridicate și a devenit treptat un substitut puternic pentru dispozitivele tradiționale pe bază de siliciu.
Prezentare generală a structurii procesului CIP
Structura procesului de cip a tubului SiC MOS include în principal substrat, strat epitaxial, sursă, scurgere, poartă și strat izolant. Printre ele, substratul este de obicei fabricat din material carbură de siliciu, care are caracteristicile conductivității termice ridicate și a rezistenței la câmpul electric de defecțiune ridicată, oferind un suport fizic bun și fundament electric pentru dispozitiv. Stratul epitaxial crește pe substrat și este utilizat pentru a controla cu exactitate parametrii electrici ai dispozitivului.
Sursa și scurgerea sunt localizate pe ambele părți ale cipului, care sunt capetele de intrare și ieșire ale curentului. Poarta este separată de canal printr -un strat izolant. Conducerea și întreruperea canalului sunt controlate prin aplicarea tensiunii, realizând astfel reglarea curentului. Stratul izolant este de obicei confecționat din materiale precum dioxidul de siliciu, iar calitatea și grosimea acestuia au o influență importantă asupra performanței porții.
|
|
Poziția și funcția porții în cip
Poziție: Poarta este situată între sursă și scurgere și este strâns adiacentă canalului prin stratul izolant. Principala sa funcție este de a controla conductivitatea canalului prin efectul câmpului electric și de a obține un control precis al conductării și opririi tubului SIC MOS. Când se aplică o tensiune pozitivă pe poartă, electronii sunt induși în canal pentru a forma un canal conductiv, care se transformă pe tubul SIC MOS; Când tensiunea porții este zero, electronii din canal dispar, canalul conductiv este închis, iar tubul SIC MOS este oprit.
Funcție: Funcția de control a porții este ca comutatorul unui robinet, care poate regla cu exactitate dimensiunea și depozitarea fluxului de apă (curent), asigurându-se că tubul SIC MOS funcționează stabil și în mod fiabil în diferite aplicații de circuit.
Analiza motivelor pentru care poarta este ușor deteriorată
Mecanismul de acțiune al condensatorului Miller
Datorită factorilor precum lățimea polisiliconului, lățimea canalului și a șanțului, grosimea stratului de oxid G-pole, profilul de dopaj al joncțiunii PN, tuburile SIC MOS vor genera o capacitate parazită, printre care condensatorul CGD cheie Miller joacă un rol important. CGD nu este constant, se va schimba rapid odată cu schimbarea tensiunii dintre poartă și scurgere
Când tubul MOS cu partea înaltă este aprins brusc, tensiunea de scurgere a tubului MOS cu partea mică va crește instantaneu. În acest moment, un curent cu o dimensiune de capacitate Miller înmulțită cu rata de schimbare a tensiunii va fi generat pe condensatorul Miller al tubului MOS cu partea mică. Dacă poarta este deschisă, acest curent poate încărca doar condensatorul CGS de mai jos, ceea ce va face ca tensiunea porții să se ridice brusc. Când tensiunea de poartă depășește tensiunea liniei de poartă a VTH a tubului MOS, tubul MOS este predispus la o condamnare greșită, iar condamnarea greșită pe termen lung va deteriora poarta.
Exemple de probleme cauzate de capacitatea parazită
Într-un circuit cu jumătate de pondere, când un tub MOS este pornit, din cauza existenței capacității Miller, acesta va afecta poarta unui alt tub MOS. De exemplu, într -o aplicație de alimentare de comutare, din cauza efectului capacității Miller, tensiunea porții crește anormal, depășind intervalul de tensiune a porții și, în cele din urmă, provocând defalcarea porții și daunele, ceea ce face ca întreaga sursă de comutare să nu funcționeze normal.
Surse de supratensiune în circuitele externe
Supravegherea în circuitele externe poate fi cauzată de o varietate de motive, cum ar fi loviturile de trăsnet, fluctuațiile rețelei electrice, operațiunile de comutare ale sarcinilor inductive, etc. Grevele de trăsnet pot genera impulsuri instantanee de înaltă tensiune, care pot fi transmise tubului SIC MOS prin linia de alimentare sau linia de semnal.
Când rețeaua electrică fluctuează, creșterea bruscă a tensiunii va reprezenta, de asemenea, o amenințare pentru tubul SIC MOS.
Când sarcina inductivă (cum ar fi motoarele, transformatoarele etc.) este deconectată brusc, va fi generată o forță electromotivă din spate, formând un vârf de tensiune foarte mare. Aceste supratensiuni pot fi transmise la poarta tubului SIC MOS prin circuit, provocând deteriorarea acestuia.
Principiul deteriorării porții prin supratensiune
Atunci când tensiunea de pe poartă depășește tensiunea de rezistare, oxidul de poartă se va descompune, ceea ce duce la o scădere a performanței de izolare între poartă și canal, sau chiar un scurtcircuit; Acest lucru va face ca poarta să -și piardă controlul asupra canalului, iar tubul SIC MOS nu va funcționa corect. În cazuri grave, va provoca daune permanente ale dispozitivului
Supravegherea poate provoca, de asemenea, efecte termice în interiorul porții, ceea ce face ca temperatura materialului poartă să crească brusc, determinând deteriorarea performanței materialului și agravarea în continuare a daunelor la poartă
Caracteristicile temperaturii de funcționare ale tuburilor SIC MOS
Deși tuburile SIC MOS au o performanță bună la temperatură ridicată, parametrii lor de performanță se vor schimba în continuare în medii la temperaturi ridicate. Pe măsură ce temperatura crește, rezistența la tubul SIC MOS va crește, viteza de comutare va scădea, iar curentul de scurgere va crește. Modificările acestor parametri vor crește consumul de energie al dispozitivului, vor genera mai multă căldură și vor agrava și mai mult creșterea temperaturii.
Când temperatura depășește o anumită limită, aceasta va afecta materialul și structura porții, reducând fiabilitatea porții
Impactul temperaturii ridicate asupra materialului și structurii porții
Temperatura ridicată va reduce performanța materialului izolant al porții, ceea ce duce la o scădere a rezistenței la izolare între poartă și canal, crescând riscul de scurgere. Temperatura ridicată poate provoca, de asemenea, expansiunea termică a materialului metalic de poartă, ceea ce face ca conectarea dintre poartă și alte componente să se slăbească sau să se spargă, afectând funcționarea normală a porții.
În unele scenarii de aplicare la temperaturi ridicate, cum ar fi echipamentele electronice din compartimentul motorului unei mașini, tubul SIC MOS este într-un mediu la temperaturi ridicate pentru o lungă perioadă de timp, iar probabilitatea deteriorării porții este semnificativ crescută.
Defecte de proces de fabricație
Probleme comune ale procesului de fabricație
În timpul procesului de fabricație a tuburilor SIC MOS, pot apărea unele defecte de proces, cum ar fi găurile din stratul de oxid de poartă, contaminarea impurității, abaterea fotolitografiei, etc.; Aceste defecte vor provoca grosimea inegală a stratului de oxid de poartă și rezistența excesivă a câmpului electric local, reducând astfel capacitatea de tensiune rezistentă la poartă.
Contaminarea impurității poate modifica proprietățile electrice ale materialului porții și poate afecta funcționarea normală a porții. Abaterea fotolitografiei poate provoca o precizie dimensională insuficientă a porții, afectând consistența performanței dispozitivului.
Modul în care defectele de proces provoacă deteriorarea porții
Găurile din stratul de oxid de poartă vor deveni canale de scurgere pentru curent. Când curentul trece prin găuri, se va genera încălzirea locală, provocând daune suplimentare stratului de oxid.
Contaminarea impurității va schimba rezistivitatea materialului porții, va afecta distribuția câmpului electric a porții și va crește riscul de descompunere a porții.
Mărimea inconsistentă a porții cauzată de abaterea fotolitografiei va provoca diferențe în performanța porții diferitelor dispozitive. În aplicații practice, porțile cu performanțe slabe sunt mai sensibile la daune.
Introducere în principiul de lucru de bază
SMBJ1505CA este un dispozitiv de protecție a circuitului extrem de eficient, iar principiul său de lucru se bazează pe efectul de defalcare a avalanșelor al joncțiunii PN. Când tensiunea de pe televizoare depășește tensiunea de defecțiune, televizoarele vor porni rapid și vor bloca supratensiunea la un nivel inferior, protejând astfel dispozitivul protejat de impactul tensiunii excesive. În circuit, televizoarele sunt de obicei conectate în paralel cu poarta tubului SIC MOS protejat. Atunci când are loc o supratensiune tranzitorie, televizoarele vor răspunde într -un timp foarte scurt (de obicei nanosecunde) și ocolesc supratensiunea la sol, astfel încât tensiunea porții să rămână într -un interval sigur.
Dioda de suprimare tranzitorie SMBJ1505CA este special proiectată pentru protecția porții tubului SIC MOS. Tensiunea sa de defalcare înainte este de obicei setată la aproximativ 15V, iar tensiunea de defecțiune inversă este setată la aproximativ -5V. O astfel de setare de tensiune se poate potrivi cu gama de tensiune de funcționare a porții din tubul SIC MOS, protejând efectiv poarta de deteriorarea prin supratensiuni înainte și invers. Această diodă are caracteristicile timpului de răspuns rapid, rezistență dinamică scăzută și toleranță ridicată a puterii pulsului. The fast response time can ensure timely action at the moment of overvoltage, the low dynamic resistance can make the clamping voltage as close to the breakdown voltage as possible, and the high pulse power tolerance ensures that the diode will not be damaged when subjected to large current pulses
Motive pentru utilizare SMBJ1505CA
Preveniți fluctuațiile de tensiune a porții cauzate de Crosstalk
În aplicații, cum ar fi circuitele cu jumătate de pod, acțiunea de comutare a modulului Tube SiC MOS va provoca fluctuația tensiunii-sursă de poartă a comutatorului unui alt modul, adică problema Crosstalk. Crosstalk -ul pozitiv poate determina creșterea pozitivă a tensiunii porții și, dacă depășește pragul, aceasta va provoca deschideri false; Crosstalk negativ poate crește negativ tensiunea porții, iar depășirea limitei de toleranță a tensiunii negative va provoca defalcarea porții. Dioda de suprimare tranzitorie SMBJ1505CA poate suprima în mod eficient fluctuația tensiunii porții cauzate de crosstalk. Când tensiunea porții se ridică sau se încadrează anormal, televizoarele vor porni rapid și vor prinde tensiunea într -un interval sigur pentru a preveni deschiderea falsă și defalcarea porții.
Abordarea amenințării supratensiunii tranzitorii
După cum am menționat mai sus, există diferite amenințări de supratensiune tranzitorie în circuitul extern, cum ar fi supratensiunile generate de greve de fulgere, fluctuații ale rețelei electrice și întrerupătoare de sarcină inductivă. Aceste supratensiuni pot depăși instantaneu tensiunea de rezistare a porții tubului SIC MOS, provocând deteriorarea ireversibilă a porții.
Diodele de suprimare tranzitorie pot răspunde rapid în momentul supratensiunii, pot limita supratensiunea într -un interval sigur, pot oferi o protecție fiabilă pentru poarta tuburilor SIC MOS și se pot asigura că dispozitivul funcționează normal în medii electrice dure.
Beneficiile adăugării diodelor de suprimare tranzitorie
Prin suprimarea supratensiunii și a crosstalk -ului, diodele de suprimare tranzitorie pot reduce eficient stresul electric de pe poartă și pot reduce riscul de deteriorare a porții, îmbunătățind astfel fiabilitatea și stabilitatea porții tuburilor SIC MOS. Acest lucru ajută la extinderea duratei de viață a tuburilor SIC MOS, la reducerea apariției defecțiunilor echipamentelor și la îmbunătățirea fiabilității întregului sistem de circuit.
În domeniile automatizării industriale, electronice de putere etc., fiabilitatea și stabilitatea echipamentelor sunt cruciale. Utilizarea diodelor de suprimare tranzitorie pentru a proteja poarta poate asigura funcționarea stabilă pe termen lung a echipamentului și poate reduce costurile de întreținere.
