Dubbio sulla S.O.A. dei transistor

[BrunoValente]

Ciao a tutti, si tratta di un dubbio che mi porto dietro da sempre e che non ho mai approfondito, provo a descriverlo.

Come è noto nel dimensionamento dei dissipatori, per evitare che il transistor si guasti per alta temperatura, occorre confinare il punto di lavoro all'interno dell'area sicura evidenziata nel grafico riportato nei datasheet chiamato S.O.A. come il secondo riportato sopra che si riferisce ai vecchi e famosi MJ25.. e MJ30..

Non mi è chiaro se la temperatura limite, nel caso qui sopra di 200°C, è il valore massimo che la giunzione riesce a sopportare su tutti i punti della curva, oppure se riesce a sopportare quel valore solo nella prima zona dove è in grado di sopportare la massima potenza, nel nostro caso fino a 30V-5A.

Insomma vorrei capire se nella seconda parte della curva, "Secondary Brekdown" la giunzione, pur non riuscendo a sopportare la massima potenza, riesce comunque a sopportare la stessa temperatura di prima, nel nostro caso di 200°C.

[mario_maggi]

Ciao BrunoValente.
Se le parti del dispositivo - chip, saldature, case - riescono a sopportare 200°C alla massima potenza, tanto più riusciranno a sopportare la stessa temperatura a carichi minori.
Ciao
Mario

[BrunoValente]

Grazie Mario, il dubbio che da quelle parti della curva non riesca a sopportare la massima temperatura mi è venuto perché lì prende il sopravvento il limite di Secondary Brekdown che è una bruta bestia.

[GioArca67]

Qualsiasi punto dell'area sotto la curva è idoneo per un funzionamento sicuro, per altro in DC, con funzionamento impulsivo hai un po' di margine ulteriore.
Hai già il dato per la giunzione a 200°C, massimo teorico, ma occorre fare attenzione al valore imposto anche dalla dissipazione termica, poiché il grafico suppone il case a 25°C che devi garantire con apposito dissipatore, altrimenti devi abbassare il segmento corrispondente: quindi puoi stare a 20V 3A solo se mantieni il case a 25°C. Ma questo lo sai bene.

Quel transistor può fornire 150W (realizzati ad es con 10A a 15V oppure con 5A a 30V) con case a 25°C, ma non può ad es. operare a più di 10A per via dei conduttori di collegamento.

Per quanto riguarda il Secondary Breakdown, da quello che so, in prossimità dello stesso la temperatura media della giunzione è inferiore al limite massimo perché sei comunque sotto la curva (retta in log log) di limitazione termica e quindi potresti tranquillamente stare a 40V 0,9A anche con case a temperatura maggiore di 25°C, ma come calcolare quanto?
Teoricamente potresti prendere il derating a fig.1 che ti dice che puoi operare anche a 150°C con 40W.
La SOA è fornita per Tj=200°C, quindi in teoria sei a posto, del resto calcolando con la resistenza termica lavorando a 40W hai la giunzione 47°C sopra alla temperatura del case: se fosse a 100°C, avresti Tj=147°C, ben lontana dai 200°C massimi.
Io un po' di margine lo terrei...

[BrunoValente]

Grazie GioArca67. Quindi, provando a riassumere quello che hai scritto, la temperatura di 200°C vale anche per la Secondary Breakdown, perciò, siccome in quella zona occorre che la potenza dissipata sul transistor sia inferiore alla massima di 150W, a differenza della zona precedente dove è consentita la potenza massima, ci si può permettere una temperatura del case superiore a 25°C. Ho capito correttamente?

[GioArca67]

Si. Avevo visto un trafiletto su un white paper mi pare della Texas Instruments a proposito, in cui si affermava (senza soffermarsi sulle conseguenze) che in prossimità del Secondary Breakdown la temperatura di giunzione è inferiore al limite. Molto dipende però dal punto specifico di lavoro: più ti avvicini alla curva di massima potenza e più la potenza di lavoro si avvicina alla massima.
Ed in effetti anche solo ragionando con la resistenza termica si arriva alla stessa conclusione.
Quindi se il punto di lavoro si muovesse lungo la linea di Secondary Breakdown partendo dal basso, salendo lungo di essa la potenza varia fra 0 e la massima.
Allora se da progetto sai esattamente come si muoverà il punto di lavoro potresti anche sfruttare il fatto che, essendo confinato in alcune zone delle caratteristiche di uscita, lavori a temperatura di giunzione minore del massimo, come ad es quando progetti lo snubber di protezione per il switching on off on.
Sapendo a che potenza media lavora trovi la massima temperatura del case per non far superare alla giunzione la massima temperatura.
In regime impulsivo si sposta un po' tutto verso destra e verso l'alto (eccetto Vce max).
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