Перейти к содержанию

Предельное напряжение затвор — исток (VGS max)

Затвор MOSFET отделён от канала тонким слоем окисла. Его пробивает напряжение, которое легко получить случайно: от выброса при переключении, от статики или от драйвера с питанием 12 В на логическом транзисторе. Поэтому у каждого MOSFET есть предельное напряжение затвор — исток.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Предельное напряжение затвор — исток (VGS max) — наибольшее напряжение любой полярности, которое можно приложить между затвором и истоком MOSFET. Затвор изолирован от канала тонким слоем окисла, и при превышении этого напряжения окисел пробивается — повреждение необратимое. Параметр стоит в таблице предельных режимов, а не в рабочих характеристиках.

Значения

ТранзисторVGS maxVGS(th)RDS(on) задано при
Vishay IRFZ44±20 В2,0–4,0 В10 В
Vishay IRLZ44±10 В1,0–2,0 В5 В и 4 В

IRLZ44 — транзистор с логическим уровнем: он полностью открывается от 5 В, но и предел у него вдвое меньше. Ток утечки затвора у обоих — до 100 нА при предельном напряжении.

Откуда берутся опасные напряжения

  • Драйвер с завышенным питанием. TI в записке SLUA618 формулирует условие прямо: напряжение драйвера затвора должно быть меньше VGS,MAX.
  • Звон. Индуктивность выводов и дорожек вместе с ёмкостью затвора образует контур, и при переключении на затворе возникают колебания. TI отмечает, что диоды на выходе драйвера защищают сам драйвер, но не ограничивают напряжение затвор — исток, если транзистор далеко.
  • Связь со стоком. Быстрый фронт на стоке через ёмкость затвор — сток тянет затвор за собой.
  • Статика. Затвор неподключённого транзистора — конденсатор без пути разряда, и электростатический разряд при монтаже может пробить окисел.

Важно для безопасности

Пробитый затвор не всегда даёт короткое замыкание сразу: транзистор может работать частично открытым и сильно греться. Если транзистор управляет нагревателем, двигателем или сетевой нагрузкой, такой отказ опасен. Поэтому напряжение драйвера выбирают с запасом до VGS max, драйвер ставят рядом с транзистором, затвор подтягивают резистором к истоку, а при длинных проводах добавляют стабилитрон.

Частые вопросы

Можно ли подать 12 В на затвор IRLZ44?

Нет. У IRLZ44 предельное напряжение затвор — исток ±10 В: это транзистор с логическим уровнем управления, рассчитанный на 4–5 В. Драйвер с питанием 12 В превышает предел. У IRFZ44 предел ±20 В, и 10–12 В для него нормальны. Перед подключением драйвера сверяют его напряжение с этой строкой даташита.

Зачем ставят стабилитрон между затвором и истоком?

Чтобы ограничить выбросы на затворе. Звон между индуктивностью проводников и ёмкостью затвора, ёмкостная связь со стоком и статика могут кратковременно поднять напряжение выше предела. Стабилитрон на напряжение чуть выше рабочего, но ниже VGS max, вместе с резистором затвор — исток держит затвор в допустимых пределах.

Что будет, если превысить VGS max?

Окисел затвора может пробиться. Это необратимое повреждение: затвор начинает проводить ток в канал или в исток, транзистор перестаёт управляться и часто остаётся открытым. Предел действует в обе стороны: у IRFZ44 и −20 В тоже предельное значение.

Источники

  1. Vishay. IRFZ44, IRFZ44PbF Power MOSFET, doc. 91291 (S21-1045 Rev. C, 25-Oct-2021) — Absolute Maximum Ratings: VGS ±20 В; Specifications: ток утечки затвора IGSS ≤ ±100 нА при VGS = ±20 В; VGS(th) 2,0–4,0 В; RDS(on) ≤ 0,028 Ом при VGS = 10 В
  2. Vishay. IRLZ44, SiHLZ44 Power MOSFET, doc. 91328 (S21-1045 Rev. D, 25-Oct-2021) — Absolute Maximum Ratings: VGS ±10 В; IGSS ≤ ±100 нА при VGS = 10 В; VGS(th) 1,0–2,0 В; RDS(on) ≤ 0,028 Ом при VGS = 5 В и ≤ 0,039 Ом при 4 В
  3. Texas Instruments. Fundamentals of MOSFET and IGBT Gate Driver Circuits, SLUA618A (March 2017, revised October 2018) — разд. 3.2: колебания между индуктивностью истока и входной ёмкостью MOSFET при включении и выключении неизбежны; диоды Шоттки на выходе драйвера защищают только драйвер и не ограничивают напряжение затвор — исток при сильном звоне, особенно если драйвер далеко от транзистора; разд. 5.2.1: условие прямого управления верхним ключом — VDRV < VGS,MAX (ур. 29)

Нашли ошибку?

Смотрите также