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MOSFET-Datenblätter richtig lesen: Angaben zum Impulsstrom (Teil 4)

| Autor / Redakteur: Brett Barr* / Kristin Rinortner

MOSFET Datenblätter richtig lesen: Angaben zum Impulsstrom
MOSFET Datenblätter richtig lesen: Angaben zum Impulsstrom (Bild: N-Kanal-MOSFET / Markus A. Henning N-Kanal-MOSFET / Markus A. Henning / CC BY-SA 3.0 / CC BY-SA 3.0)

Liebe FET-Freunde, willkommen zum vierten Teil der Serie „MOSFET-Datenblätter richtig lesen. Heute geht es um die Impulsstrom-Angaben sowie darum, wie diese berechnet werden und wie sie im SOA-Diagramm des FET-Datenblatts erscheinen.

Die auf der ersten Seite des Datenblatts abgedruckte Angabe des Impulsstroms (IDM) ähnelt der Dauerstromangabe insofern, als dass es sich um einen theoretisch berechneten Wert handelt. Im Unterschied zum Dauerstrom wird IDM als eine Funktion thermischer Begrenzungen berechnet, und zwar durch Normierung von RθJC auf die Impulsdauer und das Tastverhältnis mit den absoluten Maximalwerten.

Nehmen wir als Beispiel den 30 V N-Kanal-MOSFET CSD17579Q5A. Im Datenblatt zu diesem Baustein findet sich ein maximaler Impulsstrom von 105 A unter der Bedingung, dass die Impulsdauer höchstens 100 µs und das Tastverhältnis maximal 1 % beträgt. Um den transienten Wärmewiderstand zu bestimmen, der zur Berechnung von IDM herangezogen wird, verweise ich auf Bild 1 mit den Kennlinien zum normierten Wärmewiderstand.

Betrachtet man die braune Kurve für ein Tastverhältnis von 1 % bei 100 µs, erhält man einen Normierungsfaktor von 0,12. Diesen verwenden wir zur Berechnung der Maximalleistung und damit auch des maximalen Stroms, den der Baustein bei dieser Impulsdauer und diesem Tastverhältnis verkraftet. Multipliziert man 0,12 mit dem maximalen RθJC bei DC von 4,3˚C/W erhält man den transienten ZθJC-Wert von 0,52˚C/W.

Setzen wir diesen Wert als Wärmewiderstand an und berechnen den Maximalstrom so, wie wir es zuvor für den Dauerstrom getan haben, erhalten wir einen thermisch begrenzten Strom von 119 A.

Wie kommt es aber, dass im Datenblatt 105 A angegeben sind? Welcher Wert ist richtig? Betrachtet man das SOA-Diagramm des Bausteins (Bild 2), also den sicheren Arbeitsbereich, erkennt man, dass die Linie von 100 µs auf die RDS(on)-Begrenzung trifft, bevor diese 119 A erreichen kann. Dieser Schnittpunkt liegt bei 105 A. In Fällen wie diesen müssen wir also den maximalen Impulsstrom nachträglich mindern, da es die physikalischen Einschränkungen infolge des RDS(on) nicht zulassen, den Baustein bis an seine thermische Grenze zu betreiben.

Die Grenzströme werden für jede größere im SOA-Diagramm erscheinende Impulsdauer berechnet. Solange nicht vorher die RDS(on)-bedingte Grenze zum Tragen kommt, werden die Kurven bei diesem Wert gekappt.

Da der absolute Maximalstrom rein theoretischer Natur ist, versuchen wir, vor der Einführung eines Bausteins einige echte Daten einzuholen, um uns zu vergewissern, dass das Produkt tatsächlich mit so viel Stromstärke zurechtkommt. Leider können unsere besten Boards und Prüfsysteme die Bauelemente jedoch nur mit gepulsten Strömen bis 400 A beaufschlagen, und deswegen haben wir diesen Wert als künstliche Obergrenze für alle von uns angebotenen Bauelemente übernommen.

Bei einigen Anbietern gibt es ebenfalls eine solche Obergrenze, bei anderen nicht. Sie werden es nicht erleben, dass TI auf der ersten Datenblattseite oder im SOA-Diagramm einen Wert für IDM von mehr als 400 A für einen FET angibt. Tabelle 1 aber zeigt, wie aberwitzig hoch der theoretische gepulste Strom werden kann – in diesem Fall für den CSD17570Q5B, der sehr niedrige Werte für den RDS(on) (max. 0,69 mΩ) und den Wärmewiderstand (0,8 °C/W) aufweist.

Dies verdeutlicht, wie einige Hersteller zu höheren Werten kommen, nämlich, indem sie mit Eigenschaften wie der Impulsdauer spielen und die praktischen Grenzen beim Prüfen der Bausteine ignorieren.

In Teil fünf der Reihe „MOSFET-Datenblätter richtig lesen“ befasse ich mich mit den Schalt-Parametern von MOSFETs.

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* Brett Barr arbeitet als Product Marketing Engineer bei Texas Instruments in Bethlehem / U.S.A.

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