Zrozumieć SOA bezpieczny obszar pracy tranzystora

J.Jerry · Środa o 15:49

Trochę kojarzy się z wojskiem ten skrót, można też powiedzieć bezpieczny operacyjny obszar.

Co można z tym zrobić, jak to zrozumieć?

Na początek takie punkty:

- jak rozumieć wykres SOA

- jakie informacje zawiera wykres SOA

- z czego wynika taki a nie inny wykres

- co zmienia radiator

- coś praktycznego - może soa na przykładzie zasilacza stabilizowanego np. 5V 3A

To jest wykres SOA tranz w obudowie TO218

Jego parametry zapewne znajdują odzwierciedlenie na wykresie.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Co tam można zobaczyć?

-pionowo prad i widać pozioma linię ograniczająca prąd DC do 25A, większe wartości dozwolone dla pracy impulsowej.

-poziomo napięcie Uce i również ograniczenie opisane na wykresie secondary breakdown

-trzecie ograniczenie dotyczy ciepła, tranzystor może się rozgrzać do limitu 150stC, a potem pracuje poza zakresem zalecanym. Tutaj temat trzeba rozwinąć.

Temp złącza to Tj, Tjmax to 150stC.

Rezystancja termiczna pomiędzy złączem a obudową (case) to Rth jc i wynosi tutaj Rth jc=1stC/W. To oznacza rozgrzanie obudowy tranzystora przy rozpraszanej mocy 100W o 100 stC...to wynika ze wzoru Tcase=Pd x Rth jc=100 x 1=100stC...to nie jest nagrzanie do 100 C, ale o 100 C. Jeśli temp otoczenia Ta jest 50 C, to tranz. ma 150 C. A jak inny tran. miałby Rth jc 10, to przy Pd 10 W rozgrzał by się tak samo do 150. I kolejna uwaga...tak się stanie przy idealnym chłodzeniu, (coś w stylu tranz przykręcony do szyny z miedzi, a całość w wodzie z lodem). Radiator ma również rezystancję termiczną Rth r. Niech ten radiator ma Rth r 2 C/W, tranz ma 1, obie rezystancję trzeba dodać i mamy w sumie już 3 C/W i bez liczenia widać ograniczenie Pd trzykrotnie do 33W. (Tcase=33W x 3C/W=99 stC plus Ta=50)

No i mamy wyjaśnienie Thermal Limit.

Umieściłem na wykresie linię wyznaczającą nowe limity termiczne..i w ten sposób SOA nam się zmniejszył.

I w końcu podstawową rolą wykresu...sprawdzenie, czy nasz tranzystor da radę. Niech nasz stabilizator 5V/3A będzie zasilany z 25V, Uce wychodzi 20V.

Sprawdzamy wykres dla idealnego chłodzenia 1stC/W , punkt czerwony i jest dobrze, a teraz jeszcze z radiatorem razem Rth jr 3 i jak pamiętamy wtedy limit termiczny jest 33W, ale i tak trzeba sprawdzić na wykresie..nadal nie. Trzeba tu lepszego radiatora żeby rozproszyć 60W. Najbliżej dla takiego radiatora jest punkt zielony z prądem do 1,6A.

I w ten sposób temat się wyczerpał.

Na temat wykresu oczywiście, ale przecież... trzeba jakiś margines sobie zostawić...nie można zakładać...ja bym przynajmniej nie chciał temp tranz 150 C, może lepiej 100, albo lepiej 80. W ten sposób jest kolejne pytanie jak sprawdzić to samo na wykresie, ale dla Tjmax nie 150, a 100, 80, 70,...?

To może od razu spróbować Ta 50, Rth jr 1, moc 100...wychodzi wzrost o 100 C, a ma być 80 razem z Ta.

Tu wzrost może być tylko o 30 C, więc moc rozpraszana trzeba ograniczyć do 30W.

Z radiatorem 2stC/W do 10W. I... trzeba tu też lepszego radiatora.Na wykresie takie założenie wyznacza linia granatowa.

Dziękuję za uwagę.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

wojkubi · Środa o 18:19

Wyczytałem,że wzrost temperatury pracy o 11stopni celsjusza skraca życie tranzystora o połowę.

**Grzegorz7** · Środa o 18:55

Jerry za szybko z tą temperaturą.

Związek średni albowiem piszesz o stanie ustalonym licząc te wszystkie rezystancje termiczne i wyznaczanie mocy strat.

Drugie przebicie to zjawisko związane z dynamiką przyrostu temperatury i nierównomiernością jej gradientu.

Nie miesza się SOA z rozważaniami mocowymi.

SOA to obszar określony przez producenta w zakresie jakiego pracujący tranzystor jest bezpieczny.

Wiadomo, że im krótszy czas pracy tym dalej w prawą górę sięga bezpieczna praca.

Na wykresie bywa również zaznaczony (nie zawsze) obszar dla DC (warunków stałoprądowych). Lecąc po obwiedni DC zauważymy z iloczynu prądu i napięcia daje mniej więcej moc maksymalną ale tylko na prostej ukośnej bo po prawej prostopadłą do osi U ogranicza dopuszczalne napięcie a u góry ogranicza minimalna rezystancja przejścia i dopuszczalny prąd.

J.Jerry · Czwartek o 12:26

CZĘŚĆ II Derate, Power Derating

Jest jeszcze jeden przydatny wykres w datasheet Derate lub Power Derating na którym można jeszcze inaczej kombinować z dobieraniem chłodzenia, sprawdzania różnych możliwości. Wykres Derate uzupełnia się z wykresem SOA. Ja ten wykres narysowałem na kartce dla większej dokładności.

I czas na wykresy..

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Oś pozioma to temperatura obudowy TC z zalecaną max 150.

Oś pionowa to tutaj moc w watach, ale można spotkać procenty do 100 reprezentujące moc.

Linia ukośna wynika z Rth j-c tranz. Można ją uzyskać z podzielenia wart. max stopni przez max moc i uzyskujemy Rth jc równe 1 stC/W dla idealnego chłodzenia. Można wykreślić dowolną linię poniżej tej bez przekroczenia Pd i Tc. To ta sama linia ukośna wyznaczająca limity termiczne z wykresy SOA. Inne limity z tamtego wykresu będą cały czas i tutaj aktualne.

Wykreślamy kolejną linię od 150 do 50 dla Rth j-r 3, czyli Rth j-c 1 (jest niezmienne dla tego tranz.) + 2 C/W dla radiatora.

Pewnie ktoś się już zorientował, że na wykresie mamy przykłady z wykresu SOA i oba mają się pokrywać ze sobą.

Kolejna sytuacja dla zakładanego Tc max 80 C. Najpierw należy wykreślić linię dla 1 C/W (80-80) i poniżej wykreślamy linię poniżej tej zaczynając od 80 C. I to samo 80/3 aby uzyskać Rth jr 3.

Chciałem w powyższych przykładach dopasować linię do punktu, ale można to zrobić inaczej mając dane radiatora 4 C/W, wtedy Rth j-r=5 chcemy sprawdzić możliwości rozpraszania mocy. Dzielimy wtedy zakładana TC np 100 C przez 5 i wykreślamy linię od TC 100 do P 20 i wybieramy punkty pracy poniżej linii. Może się to wydawać trochę zagmatwane, ale więcej imo nie pomoże, jak sami nad tym nie posiedzicie.

Wszystkie punkty są na wysokości 50 C, ponieważ założyliśmy Ta 50 C.

Kolejny wykres Derate i sytuacja, kiedy mamy nasz punkt 60W i chcemy sprawdzić jakie są możliwe zakresy mocy, Rth j-r i Tc. Zasady kreślenia linii analogiczne, jak powyżej opisałem, ale muszą przejść centralnie przez czerwony punkt. Obszar możliwych kombinacji jest pomiędzy liniami. Myślę, że po dłuższej analizie wszystko będzie jasne, dlaczego i czy wszystko gra.

I podobny wykres dla danych P 33W Ta 50 i sprawdzamy znów zakresy dla Rth i Tc j.w.

Można zauważyć przy niższej mocy Od szerszy zakres możliwości doboru radiatora i możliwa praca w niższej Tc.

A jak by obniżyć zakładaną temp otoczenia Ta?, np. radiator na zewnątrz - Ta 30. Trzeba punkt 33W przesunąć poziomą na wysokość Tc 30 C i ponownie wykreślić linię.

Jeśli wykonacie wykresy Derate poprawnie, to powinny się pokrywać z wykresem SOA i obliczeniami.

Dziękuję za uwagę.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )