Схемы защиты от превышения температуры кристалла – Полупроводниковая силовая электроника

May 26, 2015 by admin Комментировать »

Установлено, что предельно допустимая температура кремниевого кристалла ИМС — плюс 150 °С. Данная температура задается не только внешней средой, но и нагреванием активной структуры кристалла в процессе работы микросхемы. Для маломощных микросхем данный нагрев несущественен и температура кристалла ненамного превышает температуру окружающей среды. Для мощных схем при неправильно выбранном тепловом режиме эксплуатации температура кристалла может достичь этой и большей величины при температуре окружающей среды плюс 25 °С и даже минус 60 °С.

Для пояснения сказанного рассмотрим конкретный пример стабилизатора, который имеет выходное напряжение 5 В. Допустим, что на его вход подано напряжение 15 В. При этом будет обеспечен ток нагрузки 1 А. Мощность Р, потребляемая стабилизатором от сети питания, составит (15 В — 5 В) · 1А = 10 Вт. Для используемого обычно типового корпуса ТО-220 величина теплового сопротивления Л1кр^р= 65 °С/Вт. Если микросхему стабилизатора напряжения не поставили на радиатор, то перегрев кристалла относительно окружающей среды ΔΤ= 65 °С/Вт · 10 Вт = 650 °С, при этом температура на кристалле составит 25 °С + 650 °С = 675 °С. Совершенно очевидно, что такая ИМС «сгорит», если разработчик не предусмотрит защиты.

При использовании радиатора, когда суммарное тепловое сопротивление будет равно RjKp_cp = Ю °С/Вт, величина ΔΤ = 10 °С/Вт · 10 Вт = 100 °С, а значение температуры кристалла составит всего Ткр = 100 + 25 =125 °С.

Разработчикам аппаратуры также необходимо учитывать тот факт, что перегрев кристалла ИМС стабилизатора может произойти не только из-за неправильно выбранного теплового режима, но и из-за того, что ИМС плохо прижата к радиатору или не применили теплопроводящую пасту при монтаже. Для ИМС стабилизаторов напряжения, также как и для остальных мощных ИМС, в большинстве случаев необходима тепловая защита.

Наиболее часто используемые в практической деятельности конструкторов упрощенные эквивалентные схемы защиты от превышения температуры кристалла приведены на рис. 3.16.

Рис. 3.16. Упрощенные эквивалентные электрические схемы защиты от превышения температуры кристалла: с использованием п-р-п транзистора (а), с использованием р-п-р транзистора (б)

Хотя принцип действия схем тепловой защиты кристаллов ИМС одинаков, но их схемотехническая реализация может существенно отличаться. Как известно, напряжение 1/БЭ транзистора уменьшается на величину от 1,5 до 2,2 мВ при повышении температуры на 1 °С.

Если к резистивному делителю (Rl, R2 на рис. 3.16а подать опорное напряжение и создать на базе транзистора Т1 напряжение порядка 0,4 В, то в нормальных условиях транзистор Т1 будет выключен, поскольку напряжение 1/ъэ включенного биполярного кремниевого транзистора составляет порядка 0,67 В при Т = 25 °С. Допустим для упрощения, что для данного транзистора напряжение Uh3 падает на 2 мВ при повышении температуры на 1 °С. Тогда при достижении температуры кристалла порядка 160 °С транзистор Т1 включится и «перехватит» ток базы транзистора Т2. При этом выходной ток стабилизатора уменьшится (или выключится совсем). То же самое произойдет с р-п-р транзистором Т1 на рис. ЗЛ66 в случае такого же повышения температуры кристалла.

Источник: Белоус А.И., Ефименко С.А., Турцевич А.С., Полупроводниковая силовая электроника, Москва: Техносфера, 2013. – 216 с. + 12 с. цв. вкл.

Оставить комментарий

Устройство витков выходе генератора импульсов микросхемы мощности нагрузки напряжение напряжения питания приемника пример провода работы радоэлектроника сигнал сигнала сигналов сопротивление схема теория транзистора транзисторов управления усиления усилитель усилителя устройства частоты