Chiarimento SOA

[BrunoValente]

La Safe Operating Area è riferita alla massima temperatura della giunzione ma mi stavo chiedendo cosa capita nella zona di secondary breakdown se la temperatura della giunzione è più bassa della massima: la curva in quella zona resta invariata o si sposta a destra?

Provo a spiegarmi meglio con un esempio.

Safe Operating Area.png (36.33 KiB) Osservato 9163 volte

Utilizzando un MJ3000 a 20V e 7A con un dissipatore in grado di tenere il case a 25°C, il transistor dissipa 140W in calore e siamo sul confine della curva nel tratto a potenza costante, quindi la temperatura della giunzione è a 200°C.

Se ora variassimo le condizioni di alimentazione portandole a 40V e 1A, la potenza dissipata scenderebbe a 40W e quindi la temperatura della giunzione, con lo stesso dissipatore di prima, scenderebbe.

In queste nuove condizioni il grafico mi indica che siamo ancora sul confine nel tratto di secondary breakdown ma, siccome si riferisce comunque ad una temperatura di giunzione di 200°C, quando invece nella realtà è più bassa, volevo appunto capire se quel limite in quella zona dipende dalla temperatura e in che modo.

[FedericoSibona]

Non credo proprio che tu non sappia già questo:

Secondary breakdown is a failure mode in bipolar power transistors. In a power transistor with a large junction area, under certain conditions of current and voltage, the current concentrates in a small spot of the base-emitter junction. This causes local heating, progressing into a short between collector and emitter. This often leads to the destruction of the transistor. Secondary breakdown can occur both with forward and reverse base drive.[2] Except at low collector-emitter voltages, the secondary breakdown limit restricts the collector current more than the steady-state power dissipation of the device. [Wikipedia]

Ma allora ti chiedo: cosa non ho capito nella tua domanda?

Il problema è proprio che, in transistor di potenza che hanno una grossa giunzione, in certe condizioni di tensione e corrente la giunzione stessa non può arrivare alla sua temperatura massima perché, anche a temperature mediamente inferiori, si generano dei punti in cui la temperatura è più elevata di quanto ammissibile.

[BrunoValente]

Guarda la curva che ho allegato: in basso a sinistra nel grafico c'è scritto Tj=200°C che, se non sbaglio, dovrebbe significare che l'intera curva, anche nella zona incriminata, si riferisce a quella temperatura massima della giunzione.

Da come capisco io, nella zona di second breakdown, nella figura sopra i 30V, non è vero che la temperatura va abbassata per evitare la rottura ma è vero che vanno contenuti i valori di V e I secondo quanto indicato dalla curva.

Insomma, sempre da come capisco io e non nascondo che mi stanno venendo mille dubbi, il grafico riporta i massimi valori di V e I quando la temperatura della giunzione è di 200°C e la mia domanda è: come variano quei limiti quando la temperatura è più bassa?

[FedericoSibona]

Forse non intende che la temperatura di tutta la giunzione deve essere 200 °C, ma che è imperativo che non ci siano neppure spot con temperatura superiore, che invece oltre la curva di secondary breakdown possono esserci.
In sostanza la temperatura della giunzione, in quelle condizioni, non è uniforme su tutta la superficie della giunzione stessa e sono sufficienti quegli spot a temperatura superiore per mandare in crisi il componente.
Ai fini di questo fenomeno non ha importanza che la temperatura media globale della giunzione sia inferiore alla massima.
Poi non sono un teorico dei semiconduttori, aspetta qualcuno più competente

PS: non credo che questo fenomeno fosse previsto nei primi transistors di potenza e mi pare che sia stato scoperto a causa di elevata moria, per allora inspiegabile, di componenti

[BrunoValente]

Ho trovato queste due curve relative al 2N3055, la prima è di Motorola, la seconda di BSC.

I valori sono identici ma, a parte l'errore nel tipo di tratto usato nella zona di second breakdown della curva dc in quello di Motorola, mi pare sia diversa l'interpretazione della SOA che entrambi danno.

Secondo Motorola la curva sarebbe riferita a una temperatura Tc costante di 25°C e quindi a una Tj variabile dipendente dalle condizioni, che quindi nella zona di second breakdown, essendo ridotta la potenza, dovrebbe essere inferiore al limite massimo di 200°C che invece si avrebbe a piena potenza nella zona sotto i 40V (sto guardando la prima curva, quella in dc) e perciò, in qualche modo, sembrerebbe darti ragione.

Secondo BSC, invece, quella stessa curva con gli stessi valori sarebbe riferita ad una Tj costante di 200°C e quindi ad una Tc variabile dipendente dalle condizioni e sembrerebbe quindi dare ragione a me.

Sto prendendo una cantonata? Mi sto rimbambendo?

[Flamber]

Secondo me, in questi grafici, parlare di una variazione in funzione della temperatura di giunzione, ha poco senso, quindi trovo corretta l'interpretazione del datasheet Motorola.

Per dirla in altre parole, che senso avrebbe fornire una SOA, in funzione di un parametro che non può essere misurato/controllato con precisione, come la temperatura della giunzione? Trovo molto più sensato invece, che vengano fornite delle condizioni su un parametro come la temperatura del case, decisamente più "accessibile" sia in misurazione che in gestione.

[BrunoValente]

Be', conoscendo la resistenza termica tra giunzione e contenitore e la potenza dissipata è facile risalire a Tj conoscendo Tc e viceversa.

[Flamber]

Si, sicuramente, ma onestamente continuo a pensare che sia più sensato parlare di temperatura del case.

Ma queste condizioni di cui parli, sono quelle in cui il transistor funzionerà abitualmente? Sicuramente lo saprai meglio di me, ma polarizzare un transistor per il suo funzionamento normale, al limite della SOA, signifca avere voglia di cambiarne tanti. Magari potresti optare per qualcosa di più grande, in stile IRF540 o simili. ma dipende cosa devi farci, e anche qui, penso ne saprai più di me

[BrunoValente]

Dovrò montare dieci MJ3001 su un grosso dissipatore ma non ho problemi, mi terrò ad una buona distanza di sicurezza dai limiti, quindi nella pratica la questione è di secondaria importanza.

Era solo per capire un po' meglio come vanno le cose quando ci si avvicina ai limiti.

[BrunoValente]

...Il mistero si infittisce: Siemens ignora disinvoltamente la zona di second breakdown...produce transistor 2N3055 dai super poteri.