Cosa manca nella scheda tecnica dei MOSFET di potenza, 2ª parte: correnti di dispersione dipendenti dalla tensione

di John Wallace –Applications Engineer at Texas Instruments

Altri componenti trattati nel post: CSD15380F3

Nella 1ª parte di questa serie, sono state esaminate le schede tecniche dei transistor metallo-ossido-semiconduttore a effetto di campo (MOSFET) di potenza spiegando ciò che contiene una scheda tecnica e, cosa più importante, ciò che manca, in particolare la dipendenza dalla temperatura di alcuni parametri chiave dei MOSFET. La 2ª parte si concentrerà sulle correnti di dispersione dipendenti dalla tensione: la dispersione da drain a source (IDSS) e la dispersione da gate a source (IGSS).

Perché le correnti di dispersione? Sono due le ragioni fondamentali dell’importanza delle correnti di dispersione nel selezionare un MOSFET di potenza per la propria applicazione. In primo luogo, nel campo dei sistemi elettronici è in corso una campagna ecologica volta a ridurre lo spreco di energia, specialmente quando il sistema funziona in modalità standby. In secondo luogo, nei sistemi a batteria la riduzione delle perdite aiuta a massimizzare sia la durata della batteria per le celle primarie sia l’autonomia di esercizio fra le ricariche per le celle secondarie.

Correnti di dispersione dei MOSFET

Come mostrato nella Figura 1, la scheda tecnica del MOSFET per CSD15380F3 specifica due correnti di dispersione: IDSS e IGSS.


Figura 1: Specifiche della corrente di dispersione della scheda tecnica CSD15380F3

La dispersione massima è specificata su una singola tensione: IDSS all’80% di BVDSS (VGS = 0 V) e IGSS alla massima assoluta VGS (VDS = 0 V). Spesso ci si chiede in che modo questi parametri variano con la tensione: la risposta dipende non solo dalla tensione applicata ma anche dalla struttura della scarica elettrostatica del gate (ESD), come descritto in dettaglio nell’articolo tecnico «Che tipo di protezione ESD è compresa nel vostro MOSFET?». Per ripassare, i tre tipi di protezione ESD utilizzati nei MOSFET di TI sono nessuna protezione (dispersione minima), a single-ended (dispersione minima) e back-to-back (dispersione massima).

Corrente IGSS

In questa sezione verranno presentati dei grafici che mostrano la variazione di IGSS con la tensione per più canali N e P dei MOSFET di potenza NexFET di TI con i tre tipi di protezione ESD del gate. Queste curve tipiche fungono solo da guida alla progettazione e non come garanzia delle prestazioni. TI garantisce solo le dispersioni specificate nella scheda tecnica dei MOSFET.

La Figura 2 mostra le scansioni di IGSS rispetto a VGS per un FET a canale N (NFET) da 30 V e un FET a canale P (PFET) da –20 V, che non dispongono di protezione ESD del gate. La dispersione è relativamente piatta fino a quando VGS si avvicina ai suoi limiti massimi assoluti positivi e negativi.

Figura 2: IGSS rispetto a VGS senza alcuna protezione ESD: NFET da 30 V (a); e PFET da –20 V (b)

La Figura 3 mostra IGSS per un FET a canale N da 20 V e un FET a canale P da –20 V con struttura di protezione ESD del gate single-ended. La corrente di dispersione aumenta esponenzialmente quando il diodo ESD del gate diventa a polarizzazione diretta. Se è probabile che ciò si verifichi in un’applicazione, è necessario utilizzare una resistenza del gate esterna per limitare la corrente e prevenire i danni al MOSFET.

Figura 3: IGSS rispetto a VGS con protezione ESD single-ended: NFET da 20 V (a); e PFET da –20 V (b)

I grafici in Figura 4 mostrano IGSS per un NFET da 60 V e un PFET da –8 V con una struttura di protezione ESD del gate back-to-back. Questi dispositivi mostrano una caratteristica di dispersione simmetrica intorno a VGS = 0 V a causa dei diodi ESD del gate back-to-back.

Figura 4: IGSS rispetto a VGS con protezione ESD back-to-back:  NFET da 60 V (a); e  PFET da –8 V (b)

Corrente IDSS

L’altra corrente di dispersione del MOSFET, IDSS, è da drain a source quando il FET è spento. I grafici seguenti mostrano IDSS rispetto a VDS per NFET e PFET di TI con i tre tipi di protezione ESD. Queste curve tipiche fungono solo da guida alla progettazione e non come garanzia delle prestazioni. TI garantisce solo le dispersioni specificate nella scheda tecnica dei MOSFET.

Figura 5 mostra i grafici di IDSS per un NFET da 30 V e un PFET da –20 V senza protezione ESD.

Figura 5: IDSS rispetto a VDS senza alcuna protezione ESD: NFET da 30 V (a); e PFET da –20 V (b)

La Figura 6 mostra IDSS per un FET a canale N da 20 V e un FET a canale P da –20 V con diodo di protezione ESD del gate single-ended.

Figura 6: IDSS rispetto a VDS con protezione ESD single-ended: NFET da 20 V (a); e PFET da –20 V (b)

I grafici in Figura 7 mostrano IDSS per un MOSFET a canale N da 12 V e un MOSFET a canale P da –20 V con una struttura di protezione ESD del gate back-to-back.

Figura 7: IDSS rispetto a VDS con protezione ESD back-to-back: NFET da 12 V (a); e PFET da –20 V (b)

Conclusione

Le curve tipiche della corrente IGSS e IGSS rispetto a VGS, nonché della corrente IDSS e IDSS rispetto a VDS possono aiutare a capire come le correnti di dispersione dei MOSFET variano con la tensione. TI specifica e testa le correnti di dispersione massime alle condizioni nella scheda tecnica delle Caratteristiche elettriche. Come promemoria, è utile utilizzare sempre i limiti della scheda tecnica quando si progetta con i FET di TI e, se tali informazioni non sono disponibili nella scheda tecnica, richiederle al fornitore del proprio FET.

Risorse supplementari

Visitate il Centro di supporto e formazione per MOSFET di TI.

Articoli tecnici

«Che tipo di protezione ESD è compresa nel vostro MOSFET?»

«Cosa manca nella scheda tecnica dei MOSFET di potenza, 1ª parte: la dipendenza dalla temperatura»

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