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2019.05.23 Si 파워 디바이스

SOA (안전 동작 영역) 이내인지 확인

실제 동작에서 트랜지스터의 적합성 확인

지난번에 이어, 선택한 트랜지스터가 실제 동작에서 적절한지 판단하기 위한 방법과 순서에 대해 설명하겠습니다.

이번에는, 우측 플로우차트의 「③SOA (안전 동작 영역) 범위 내에 포함되는가?」라는 항목에 대해 설명하겠습니다.

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③SOA (안전 동작 영역) 이내인지 확인

SOA (Safe Operating Area : 안전 동작 영역)는 트랜지스터가 안전한 조건하에서 동작하고 있는지 확인하기 위한 정보입니다. 기본적으로 드레인 전류 ID와 드레인-소스 간 전압 VDSS와의 관계에서 정격전압 및 전류, 허용전력 (발열)에 대해 안전한, 즉 신뢰성을 잃거나 파괴되지 않는 영역이 그래프로 표기되어 있습니다.

하기는 앞에서 예로 들어 설명한 MOSFET R6020ENZ의 SOA 그래프로, 데이터시트에서 발췌한 것입니다.

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상기 그래프를 사용하여, 회로에서의 동작 상태가 SOA 이내인지 판단하는데, 본 데이터는 몇 가지 유의해야 할 조건이 있습니다.

  • ・싱글 (단일) 펄스가 조건 (위의 예에서는 펄스 폭이 3종류 제시되어 있음). 반복 펄스, 즉 연속적인 스위칭에는 그대로 적용할 수 없다. 반복 펄스일 경우, 모든 펄스가 SOA 이내일 것과 더불어 ⑥에서 계산하는 평균 인가전력이 정격전력 이하여야만 한다.
  • ・온도 조건은 Ta=25℃가 대부분이다.
  • ・기본적으로 참고치이며, 보증치는 아니다.
  • ・트랜지스터의 실장 조건 등에 따라 결과가 달라진다.

상기와 같이 제한이 있으면, 실제 조건에서 사용이 불가능하다고 보여질 수 있습니다. 그러나, 예를 들어, 패키지의 열저항을 이미 알고 있어도, 실장 상태에서의 열저항은 실장 조건에 따라 달라집니다. 또한, 싱글 펄스라는 조건도, 5회, 100회 등 반복된다면 명확하지 않은 조건이 됩니다. 따라서 어느 정도 명확화 가능한 조건을 바탕으로 제시된 것이라고 이해해 주십시오. 실제로는 평균화 및 환산, 그리고 뒤에서 설명할 디레이팅 (derating)과 함께 판단합니다.

SOA 파괴란?

동작 중에 SOA 범위 밖의 조건이 되면, 파괴가 발생할 가능성이 있습니다. 통상 동작에서는 발생하지 않는 과전압 및 단락 (short) 등으로 인해 인가전압이 유지된채로 과전류가 흐르는 경우, 순간적으로 국부적인 발열이 발생하여 파괴에 이르게 됩니다.

또한, 부적절한 열 설계 및 반복 주파수의 고주파화로 인해 트랜지스터 칩의 방열이 불충분하여 연속적인 발열이 발생하고, 그로 인해 채널의 허용온도를 초과하여 열폭주가 발생함으로써 파괴되는 모드도 있습니다.

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다음 편에서는 「④사용 주위 온도에서 마진 확보한 SOA 범위 내에 포함되는가?」에 대해 설명하겠습니다.

키 포인트

・SOA (Safe Operating Area : 안전 동작 영역)는, 트랜지스터가 안전한 조건하에서 동작하고 있는지 확인하기 위한 정보.

・기본적으로 ID와 VDSS와의 관계에 있어서, 정격전압 및 전류, 허용전력 (발열)에 대해 안전한 영역이 그래프에 기재되어 있다.

・SOA 조건을 확실히 확인하여, 실제 사용 조건과의 차이를 고려한 후에 이용한다.

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