Ambalarea termica la tranzistorii de putere

[Mondan]

Cine vrea sa explice asta cu notiunui oricat de alambicate.

 

Se poate ca un biploar sa ramana blocat in conductie datorita crestetii temperaturii ?

Dar la MOS ?

[cristian1961]

Se poate, dar devine sirma definitiv.

[GEO 53 BN]

Daca printr-un tranzistor bipolar trece un curent mare(polarizat fiind) ,iar acel tranzistor nu se afla montat pe un radiator,tranzistorul respectiv se va incalzi puternic,capsula lui nefiind in stare sa asigure racirea.Prin incalzire rezistenta C-E scade pina la distrugerea jonctiunii respective.Acest fenomen se numeste ambalare termica. Acelasi lucru se intimpla si in cazul unui MOS.

Un tranzistor bipolar fara comanda in baza(nepolarizat)nu se poate ambala termic.Jonctiunea C-E se poate strapunge si daca tensiunea C-E este mai mare decit cea recomandata de producator.Acelasi lucru se poate intimpla si in cazul unui MOS.

Editat Ianuarie 3, 2015 de GEO 53 BN

[UDAR]

Ambalarea termică este un fel de reacție pozitivă termică . Adică , în urma încălzirii un parametru al tranzistorului se modifică în sensul măririi puterii disipate pe tranzistor ceea ce conduce la o încălzire și mai mare .  La un bipolar , de pildă , ß crește cu temperatura . Dacă tranzistorul este polarizat în bază cu un curent fix prin încălzire crește ß , crește Ic , crește disipația , se încălzește și mai tare , etc. 

Uneori termenul este folosit în legătură cu dezechilibrarea prin ambalare termică ”indirectă” a unei componente dintr-un grup de componente legate în serie sau în paralel. Să luăm un LED . Se știe , Uf scade cu temperatura deci la creșterea temperaturii scade Uf care micșorează disipația pe LED deci nu apare ambalarea termică. Dacă însă legăm mai multe LED-uri asemănătoare dar nu strict identice în paralel și le alimentăm în curent constant LED-ul cu cel mai mic Uf₀ va lua curentul cel mai mare . Tensiunea e aceeași ( sunt legate în paralel ) deci se va disipa putere mai mare , se va încălzi mai tare , va scădea Uf ceea ce va duce la creșterea în continuare a curentului , etc. Deci apare ambalarea termică. 

Fenomenul apare în sens invers ( și favorabil ) când legăm MOSFET-uri în paralel în regim de comutație . Aici r_DS tinde să crească cu temperatura deci curentul prin tranzistorul respectiv scade deci puterea scade - tendința este spre echilibrare.

Și exemple se mai pot da .

[GEO 53 BN]

Eu credeam ca si la un MOS se intimpla la fel ca si la un bipolar.

[UDAR]

Adică , ce anume la fel ? Scuze că nu înțeleg.

[GEO 53 BN]

Scuze ca nu am fost destul de explicit.Credeam ca, daca curentul care trece prin S-D este mare,tranzistorul se incalzeste,ducind la ambalare termica si distrugerea lui.

[Mircea]

@UDAR, la asta te referi:

Aici rDS tinde să crească cu temperatura deci curentul prin tranzistorul respectiv scade deci puterea scade - tendința este spre echilibrare.

 

LE: N-am dat niciodata importanta . Dar pare importanta dependenta.

Editat Ianuarie 3, 2015 de thunderer

[UDAR]

@GEO 53 BN Sigur , trecerea curentului prin tranzistor determină încălzirea . Important ( ca să se producă ambalarea termică ) este ca această încălzire să provoace la rândul ei un fenomen care s-o întrețină. Creșterea rezistenței în conducție a MOSFET-ului nu este neapărat un lucru bun .Dacă MOSFET-ul ăla e singur într-un circuit de curent constant , creșterea rezistenței determină creșterea disipației care determină creșterea rezistenței ...etc. deci și aici se poate uneori ( la o răcire proastă ) ajunge la ambalare termică . Lucrul ăsta nu se întâmplă de obicei deoarece creșterea rezistenței este relativ lentă.

Eu doar voiam să fac diferența la legarea în paralel a componentelor cu coeficient negativ de temperatură ( LED-uri ) față de cele cu coeficient pozitiv ( MOSFET ). 

Alfel spus , pe același radiator și la aceeași putere totală ( proiectată ) LED-urile în paralel se pot distruge iar cele serie rezistă . Asta se datorează în exclusivitate ambalării termice . Dacă însă depășim puterea maximă se distrug și unele și altele - nu mai are legătură direct cu ambalarea termică . Deci , nu orice distrugere prin supraîncălzire are legătură cu ambalarea termică.

@ thunderer Da , la acel tip de grafic relevant pentru lucrul în comutație . MOSFET-urile au și alte dependențe interesante cu temperatura cum ar fi a curbei I_D = f(U_GS)  care schimbă , la un moment dat , coeficientul de temperatură. 

[Marian]

Un exemplu clasic de ambalare termica ar fi etajul final audio clasa AB cu bipolari, prost sau deloc compensat termic, il comandam in baze cu un bias fix, daca acesta este suficient de mare atunci curentul de colector va provoca o disipatie suficienta incat cresterea temperaturii capsulei sa fie semnificativa, asta provoaca scaderea Vbe necesar pentru acel curent, Vbe la bipolari scade cu cca 2mV/*C, adica simplist vorbind daca la 25*C pentru un curent X este nevoie de un Vbe Y atunci la 35*C pentru acelasi curent de colector valoarea Y scade cu 10*0,002, adica cu 20mV, in cazul etajului final cu bias fix asta provoaca inevitabil cresterea curentului de colector, tranzistorul cand este mai cald poate conduce mai mult curent pentru acelasi bias ( acelasi Vbe ), cresterea curentului de colector creste si disipatia pe capsula si implicit temperatura sa, cresterea temperaturii scade si mai mult Vbe necesar deci creste si mai mult curentul de colector, si...si se intra intr-o bucla de reactie pozitiva denumita ambalare termica, ce poate duce la distrugerea tranzistorului, compensarea termica la amplificator rezolva asta destul de simplu folosindu-se de clasica superdioda cu un bipolar montat pe radiator care "citeste" temperatura si comanda biasul in consecinta, ideea este simpla, cu cat temperatura este mai mare cu atat Vbe la superdioda e mai mica si deci biasul scade astfel incat se previne ambalarea termica a finalilor. La mosfeti acest lucru nu se poate intampla deoarece coeficientul lor este invers fata de bipolari, adica simplist spus pentru acelasi bias la o temperatura mai mare mosfetul conduce mai putin curent, la ei Vgs necesar creste o data cu temperatura.

 

LE: UDAR nu sunt sigur daca doar hfe de unul singur poate induce ambalarea termica, el scade destul de brusc si mult la cresterea curentului de colector, nu cunosc detalii suficiente despre variatia Hfe cu temperatura deci nu pot fi sigur, dar banuiesc ca totusi s-ar putea preveni in anumite conditii ambalarea termica printr-o anulare reciproca a celor 2 caracteristici...daca ma insel te rog corecteaza-ma.

[UDAR]

@marian Evident că depinde de schemă . Era doar o exemplificare , dar la curenți nu foarte mari ( pentru tranzistorul respectiv ) ß crește  cu temperatura cu circa 0,5%/°C iar față de  curent poate să fie constant  sau chiar în creștere ( Un BCxxx are maximul ß pe la 10...20mA ) . Este însă foarte probabil ca de fapt să apară o combinație a variațiilor lui ß, Ice0, Icb0 care toate cresc . Ultimele două extrem de repede dar pleacă de la valori mici - nA. 

Sigur că da , printr-o alegere corectă a schemei se poate preveni acest efect , chiar și înainte de a apărea compensarea de care vorbești , care e reală. 

 

PS Recunosc totuși că o ambalare termică exclusiv pe baza creșterii ß este mai puțin probabilă. 

Editat Ianuarie 4, 2015 de UDAR

[GEO 53 BN]

@GEO 53 BN Sigur , trecerea curentului prin tranzistor determină încălzirea . Important ( ca să se producă ambalarea termică ) este ca această încălzire să provoace la rândul ei un fenomen care s-o întrețină. Creșterea rezistenței în conducție a MOSFET-ului nu este neapărat un lucru bun .Dacă MOSFET-ul ăla e singur într-un circuit de curent constant , creșterea rezistenței determină creșterea disipației care determină creșterea rezistenței ...etc. deci și aici se poate uneori ( la o răcire proastă ) ajunge la ambalare termică . Lucrul ăsta nu se întâmplă de obicei deoarece creșterea rezistenței este relativ lentă.

...................................................................................................

I-mi cer scuze ca mi-am dat cu parerea despre "ambalarea termica" la MOSFET-uri.Nelucrind niciodata cu astfel de tranzistori,nici documentarea nu a fost suficienta.Chiar nu stiam ca la cresterea temperaturii,rezistenta D-S, creste.Lucrind exclusiv cu tranzistori bipolari,eram convins ca toti tranzistorii se comporta la fel la trecerea unui curent mai mare prin ei.Se vede treaba ca m-am inselat.Am invatat inca odata, ca nu e bine sa faci afirmatii fara o documentare prealabila,temenica.Omul cit traieste invata(daca vrea).

Editat Ianuarie 5, 2015 de GEO 53 BN

[UDAR]

Doamne ferește ! De ce să-ți ceri scuze ? Ai exprimat doar o nedumerire . Toți avem unele nelămuriri , de aia intrăm pe forumuri . Că nu intră nimeni doar ca să răspundă , toți învățăm câte ceva de la ceilalți. Unii suntem mai buni la teorie , alții la practică și uite așa ne completăm și  contribuim fiecare cu câte ceva la valoarea Forumului.

Și acum , on topic .Dacă asigurăm răcire suficientă evităm orice probleme fără prea multă teorie . 

[Vizitator]

Toti tranzistorii prezinta deriva termica datorita factorului T din ecuatiile ce le modeleaza.

In ceea ce priveste tranzistorii MOSFET, poate o creste Rds cu temperatura, insa temperatura canalului depinde de Pd, iar Pd = Vds x Id, si conform unor foi de catalog, cel putin pentru unele regiuni ale caracteristicilor VMOS-urilor de putere curentul de drena Id creste odata cu cresterea temperaturii canalului, coeficientul termic al Id fijnd acolo pozitiv. De exemplu, conform foii de catalog a lui IRFP240, in zona de utilizare tipica a acestuia (Id<10A) curentul de drena creste cu cresterea temperaturii canalului. Acest comportament termic este diferit in functie de modelul si structura MOS.

 

Pentru multe MOSFET-uri  de putere caracteristicile termice se intersecteaza intr-un punct in care deriva termica a Id este nula, punct care delimiteaza doua zone pentru care comportamentele termice ale Id sunt opuse. La VMOS-uri acest punct se afla de obicei in zona valorilor (foarte) ridicate ale curentilor de drena.

Unii mai in varsta poate-si amintesc de niste faimoase MOSFET-uri cu structura laterala din anii '80 (de ex. 2SK135/2SJ50) care erau special concepute incat acest punct se afla tocmai in zona corespunzatoare valorilor curentilor de repaus utilizati in amplificatoarele audio de putere push-pull in clasa AB (~100mA): aceste tranzistoare, polarizate in apropierea acelui punct, nu aveau nevoie de compensare termica si erau special destinate pentru acest gen amplificatoare. In zona de utilizare tipica caracteristica termica a Id a lor este negativa, si tocmai de atunci (si de la acele MOSFET-uri laterale) a ramas intiparita in folclorul electronic ideea conform careia MOSFET-urile nu se ambaleaza termic.

 

[UDAR]

E adevărat , asta pomeneam și eu la postul #9. Nu am spus că nu se ambalează termic . Mă refeream la un caz concret , după cum am scris :

”Fenomenul apare în sens invers ( și favorabil ) când legăm MOSFET-uri în paralel în regim de comutație . Aici r_DS tinde să crească cu temperatura deci curentul prin tranzistorul respectiv scade deci puterea scade - tendința este spre echilibrare.”

Prin echilibrare mă refeream la cele n legate în paralel. Am avut ce-i drept o scăpare - nu am scris r_DSon, am crezut că se înțelege.