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Leistungs-MOSFETs im Linearbetrieb

Sicherer Arbeitsbereich ausgeweitet

17. April 2023, 6:00 Uhr | Von Filippo Scrimizzi und Giusy Gambino

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Experimentelle Verifikation

Die Robustheit des MOSFET STH200N10WF7-2 wurde mithilfe der in Bild 9 gezeigten Prüfschaltung experimentell überprüft. Die Tests fanden unter den folgenden Bedingungen statt:

V_cc= V_DS = 40 V
V_DZ = 36 V
R = 1 kΩ

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Der erste Test bestand darin, konstant lange Impulse von 10 ms mit stetig steigendem Strom I_D anzulegen, bis die Bausteine ausfielen. Bild 10 zeigt die entsprechenden Kurven für einen Standard-MOSFET und den Wide-SOA-Baustein unmittelbar vor dem Ausfall. Die Versuchsdaten belegen die ausgezeichnete Stromfestigkeit des Wide-SOA-MOSFETs, der einen Strom von 29,5 A verkraftet, während der Standard-MOSFET nur auf 1,2 A kommt.

Im zweiten Test wurde bei konstantem Stromvon etwa 20 A die Impulsdauer langsam erhöht, bis die Bausteine ausfielen.

Die unmittelbar vor dem Ausfall aufgenommenen Signale zeigt Bild 11. Die Testergebnisse demonstrieren die große Robustheit des Wide-SOA-MOSFET, der die Belastung im linearen Modus für 20 ms übersteht, während beim Standard-MOSFET nur 800 µs bis zum Ausfall vergehen.

Die Resultate solcher empirischer Tests bezüglich der Stromfestigkeit und der Impulsdauer wurden auf die SOA-Diagramme projiziert (Bild 12). Bei der Stromstärke ebenso wie bei der Impulsdauer zeigt sich die Wide-SOA-Technologie deutlich robuster.

Zusammenfassung

Die neue Wide-SOA-Technologie legt im linearen Betrieb eine ausgezeichnete Leistungsfähigkeit an den Tag. Zu verdanken ist dies der großen Robustheit und der hohen thermischen Stabilität, wodurch ein thermisches Durchgehen verhindert wird. Im vollständig gesättigten Zustand (linear resistives Verhalten) eignet sich der neue Baustein auch für Schaltanwendungen, in denen sich der MOSFET nur während der kurzen Zustandswechsel im linearen Modus befindet. Somit stellt der STH200N10WF7-2 insgesamt die beste Wahl für das Design funktionssichererer elektronischer Systeme dar.

Literatur

[1] Consoli, A.; et al.: Thermal instability of low voltage power MOSFETs. IEEE Transaction on Power Electronics, vol. 15, no. 3, May 2000, doi: 10.1109/63.844518

[2] Consentino, G.; et al.: Investigations on Electro-Instability of Low Voltage Power MOSFETs: Theoretical Models and Experimental comparison results for different structures, PET 2004 Conference, Chigaco 2004.

[3] Raciti, A.; et al.: A New Thermal Model for Power MOSFET Devices Accounting for the Behavior in Unclamped Inductive Switching, Microelectronics Reliability, Volume 58, 2016, pp. 3-11, ISSN 0026-2714, https://doi.org/10.1016/j.microrel. 2015.11.020.

Die Autoren

Giusy Gambino

ist Marketing-Projektmanagerin in der Automotive Discrete Group bei STMicroelectronics in Catania. Daneben ist sie ist für die technische Dokumentation bei LV-Leistungs-MOSFETs zuständig.

Filippo Scrimizzi

arbeitet im Application Competence Center & Innovation System Solutions für Low-Voltage-Produkte und GaN-Lösungen in der F&E-Abteilung von STMicroelectronics in Catania.