RSS

MOSFET-Datenblätter richtig lesen: Das SOA-Diagramm (Teil 2)

| Autor / Redakteur: Brett Barr* / Kristin Rinortner

MOSFET-Datenblätter richtig lesen: Was verbirgt sich hinter dem SOA-Diagramm, wofür ist es sinnvoll und wo tricksen die Hersteller?
MOSFET-Datenblätter richtig lesen: Was verbirgt sich hinter dem SOA-Diagramm, wofür ist es sinnvoll und wo tricksen die Hersteller? (Bild: N-Kanal-MOSFET / Markus A. Henning / CC BY-SA 3.0)

Ich begrüße alle FET-Fans zum zweiten Teil der Serie „MOSFET-Datenblätter richtig lesen“. Als Produktingenieur für Leistungs-MOSFETs erreichten mich zum SOA-Diagramm mehr Fragen als zu irgendeinem anderen Aspekt im Datenblatt eines FET. Und deshalb ist das SOA-Diagramm das Thema des nächsten Teils unserer MOSFET-Datenblatt-Reihe.

Wir befinden uns auf einem schwierigen Terrain, da jeder Anbieter seine eigene Methode zum Erstellen des SOA-Diagramms, das den sicheren Arbeitsbereich angibt, anwendet. Der Nutzen dieses Diagramms steht außerdem in direktem Verhältnis zur Fähigkeit des Lesers, die besagten Informationen auch richtig zu interpretieren.

Am sinnvollsten mag das Diagramm für Hot-Swap-Anwendungen sein, in denen der FET absichtlich im Sättigungsbereich betrieben wird. Immer mehr Anwender aus den Bereichen Motorsteuerung und Stromversorgung nutzen dieses Diagramm allerdings als Indikator dafür, wie robust ein FET ist und wie gut er mit großen Leistungen fertig wird.

Das SOA-Diagramm lässt sich anhand von fünf klaren Begrenzungen erstellen, die die Kurve bestimmen. Bild 1 zeigt das SOA-Diagramm des 100-V-FET CSD19536KTT im D2PAK-Gehäuse, wie es im Datenblatt dieses Bausteins erscheint. Vier dieser Begrenzungen lassen sich einfach aus bekannten Kenndaten des FETs errechnen, nämlich aus dem Einschaltwiderstand RDS(on), den Grenzströmen, den Grenzleistungen und der maximalen Drain-Source-Spannung BVDSS.

Ein Problem bleibt lediglich die thermische Instabilität. Dieser Bereich des SOA-Diagramms ist daran erkennbar, dass sich die Kurve von der Gerade konstanter Leistung entfernt, die in einer doppelt logarithmischen Strom-Spannungs-Kennlinie eine Steigung von –1 hat. Dies zeigt, wo es zu einem thermischen Durchbruch kommen kann. Je steiler die Kurve ist, umso mehr neigt der FET dazu, dass ein thermische Durchbruch bei höheren Spannungen auftritt.

Bei den entsprechenden Berechnungen besteht seitens der FET-Anbieter die Tendenz, entweder die Stromtragfähigkeit des FETs in dieser Region stark zu über- oder zu untertreiben. Denn die Steigung lässt sich nur bestimmen, indem man sie misst.

TI bietet einen der leistungsfähigsten SOA-Tester, der einen FET bei Impulsdauern bis 100 µs mit Leistungen von mehreren kW beaufschlagt. Um die Kurven für das Datenblatt zu erhalten, werden die FETs wiederholt an ihre Belastungsgrenze gebracht, und zwar für jede Impulsdauer und über den ganzen Spannungsbereich.

Dabei entsteht ein Diagramm in der Art, wie es in Bild 2 gezeigt ist. Jeder Punkt steht für einen anderen CSD19536KTT, der bis zum Ausfall gepulst wurde. Hieraus lassen sich Steigung und Betrag der Geraden für den thermischen Durchbruch bestimmen.

Wie zuverlässig sind die Werte aus dem SOA-Diagramm?

Um die Zuverlässigkeit unserer SOA-Kurve abzusichern, schlagen wir für jede gemessene Kurve eines thermischen Durchbruchs eine Sicherheitsreserve von 30 bis 40 % auf – abhängig davon, wie groß die festgestellte Streuung der Bausteine ist. Beim Vergleich der Datenblätter unserer FETs mit jenen der Marktbegleiter sollten Sie deshalb die Tatsache im Blick behalten, dass die anderen Anbieter möglicherweise nicht so konservativ vorgehen.

Wir kennen einige Hersteller, die so handeln wie wir, aber wir kennen auch andere, die die tatsächlichen Ausfallpunkte publizieren und dies als garantierten SOA-Wert bewerben. Es gibt hier keinen Industriestandard, und ohne Informationen darüber, an welchen Punkten die Prüflinge tatsächlich ausgefallen sind, lässt sich anhand der SOA-Diagramme aus dem Datenblatt nicht bestimmen, welches Bauteil zuverlässiger ist.

In Teil drei der Artikelserie „MOSFET-Datenblätter richtig lesen“ geht es um die Grenzströme, die man auf der ersten Seite aller MOSFET-Datenblätter findet. Ich werde zeigen, wie man zu diesen Grenzströmen kommt und welchen praktischen Nutzen sie für Entwickler haben.

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

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Schreiben Sie uns hier Ihre Meinung ...
(nicht registrierter User)

Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
Kommentar abschicken
copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 45589328 / Grundlagen)