Hallo zusammen,
ich versuche gerade die kritische Umgebungstemperatur zu berechnen, ab
wann die von uns verwendete Schottky Diode (PMEG3010EH) in den sog.
thermal Runaway hineinläuft.
Leider tue ich mich da etwas schwer, bzw. bin mir auch gar nicht sicher,
ob es mit den Angaben aus dem Datenblatt alleine überhaupt geht. Kann
mir von euch jemand dazu helfen ?
Es handelt sich um eine Brückengleichrichterschaltung einer
Rechteckspannung, d.h. die Diode wird in einer Halbwelle in
Flussrichtung und in der nächsten Halbperiode in Sperrrichtung
betrieben. Die Verluste in Flussrichtung hab ich schon berechnet.
Für die Sperrrichtung kenne ich laut Datenblatt den Leckstrom in
Abhängigkeit der Umgebungstemperatur. Daraus hab ich ebenfalls die
Verluste berechnet und miteinadner addiert. Ebenso bekannt ist mein Rth.
Daraus ergibt sich die gesamte T-junction der Diode.
Im Normalfall ist ja die erzeugte Verlustleistung immer gleich der in
Wärme abgeführten Verlustleistung. Sobald die erzeugte Verlustleistung
aber größer wird als die in Wärme umgesetzte Leistung, entsteht nach
meinem Verständnis der thermal Runaway.
-->
Ich habe nun versucht das ganze grafisch zu ermitteln, indem ich die
Verlustleistungskurve (erzeugte Verlustleistung in Abhängigkeit der
resultierenden T-junction) gegenüber der Rth-Kennlinie (abgeführte
Leistung) darstelle.
Allerdings habe ich festgestellt, dass aufgrund des exponentiell
ansteigenden Reverse-Stroms die T-junction auch proportional mit
ansteigt, was ja aber nicht wirklich stimmt. Der Effekt ist ja genau
der, dass die T-Junction irgendwann nicht mehr proportinal zur
Verlustleistung verläuft.
Aber wie finde ich diesen Punkt heraus ?
Ich hoffe ihr konntet folgen...
Vielen Dank!
Stephan
>Wärme abgeführten Verlustleistung. Sobald die erzeugte Verlustleistung>aber größer wird als die in Wärme umgesetzte Leistung, entsteht nach>meinem Verständnis der thermal Runaway.
Den Satz mußt Du dir nochmal durch den Kopf gehen lassen, denn wie soll
die Verlustleistung größer als die Wärmeleistung werden. Die
Wärmeleistung ist doch die Verlustleistung (/also zwei Begriffe für
daselbe).
Du meinst vermutlich erzeugte Verlustleistung > abgebbare Wärmeleistung
Eine Diode hat einen Temperaturkoeffizienten von -2mV/K (zumindest die
Si-PN dioden). Dh bei hoeherer Temperatur ist die Vorwaerts-Spannung
kleiner.
Moeglicherweise kann da trotzdem was weglaufen.
stephan schrieb:> Leider tue ich mich da etwas schwer, bzw. bin mir auch gar nicht sicher,> ob es mit den Angaben aus dem Datenblatt alleine überhaupt geht.
Nein, denn im Datenblatt sind ja nur Daten für den zulässigen Bereich
angegeben (z.B. max. 130°C). Laut Wikipedia werden solche Effekte erst
ab 160°C beobachtet/erwartet:
1
Silicon shows a peculiar profile, in that its electrical resistance
2
increases with temperature up to about 160 °C, then starts decreasing, and
3
drops further when the melting point is reached. This can lead to thermal
4
runaway phenomena within internal regions of the semiconductor junction;
Jens G. schrieb:> Du meinst vermutlich erzeugte Verlustleistung > abgebbare Wärmeleistung
ja, hatte mich leider falsch ausgedrückt
Lothar Miller schrieb:> Laut Wikipedia werden solche Effekte erst> ab 160°C beobachtet/erwartet:
Meinst du damit 160°C Tamb (Umgebung) oder Tj (junction) ?
Wir messen einen thermal Runaway bei 126°C Ambient. Der Strom in
Vorwärtsrichtung war in dem Test Null, um den Einfluss von benachbarten
Schaltungen auszuschließen.
Nach meinem Verständnis kann der thermal Runaway sogar bei Tj unterhalb
der Tjmax-Grenze laut Datenblatt auftreten. Der thermal Runaway ist vom
Arbeitspunkt abhängig und hat mit der Tjmax laut Datenblatt erstmal
nichts zutun. Wenn laut Datenblatt z.b. 150°C Tj zulässig sind, heißt
das nicht, dass ich die Diode auch bis 150°C Tj bei jedem Arbeitspunkt
betreiben darf.
(es sei denn, man betreibt die Diode NUR in Vorwärtsrichtung, sodass der
Sperrstrom keine Rolle mehr spielt)
Habe zwischenzeitlich ein Application Note gefunden, wo die Auslegung
erklärt wird. Auf dem ersten Blick lag ich mit meinem grafischen Ansatz
gar nicht so weit daneben. Bin gerade dabei, die Sache nochmal zu
überarbeiten um den Fehler zu finden.
Es gibt noch einen rechnerischen Ansatz den ich gesehen habe, und zwar
mit Hilfe einer e-Funktion (Sperrstrom in Abhängigkeit von Tj), die man
sich aber durch Interpolation erst herleiten muss.
stephan schrieb:> Meinst du damit 160°C Tamb (Umgebung) oder Tj (junction) ?
Da der Effekt auf dem Silizium stattfindet, ist das auf die Sperrschicht
bezogen...
stephan schrieb:> Wenn laut Datenblatt z.b. 150°C Tj zulässig sind, heißt das nicht, dass> ich die Diode auch bis 150°C Tj bei jedem Arbeitspunkt betreiben darf.
Warum nicht? Sie darf nur nicht heißer werden...
Wenn sie heißer wird, reicht in erster Näherung die Kühlung nicht aus.
Die kritische Größe für den thermal runaway ist die Ableitung der
Leistung nach der Temperaur geteilt durch den Wärmewiderstand. Wenn das
etwas größer als 1 rauskommt wird das System instabil. Wegen lokaler
Effekte muss man noch ein bisschen drunter bleiben - bei BJTs im
linearen Bereich zum Teil auch viel.
Graphisch ist der Kritische Punkt, wenn die Steigung der Kurve
entstehenden Verlustleistung (hier Spannung mal Leckstrom) als Funktion
der Temperatur die Steigung der Kurve zur Wärmeableitung erreicht.
Es ist eine Frage der Kühlung (und ggf. der Schaltung) ob die Grenze
noch im sonst erlaubten Arbeitsbereich oder ggf. auch erst außerhalb
kommt.
Ulrich schrieb:> Graphisch ist der Kritische Punkt, wenn die Steigung der Kurve> entstehenden Verlustleistung (hier Spannung mal Leckstrom) als Funktion> der Temperatur die Steigung der Kurve zur Wärmeableitung erreicht.
ich glaub ich habs jetzt.
Habe den Sachbearbeiter vom Hersteller gefragt bzgl. der Kennlinie vom
Leckstrom, weil die Tamb statt Tj angegeben haben. Er meinte, dass die
ihre Tests so gemacht haben, dass keine Eigenerwärmung stattfand und
demnach Tamb mit Tj gleichzusetzen ist. Insofern kann ich nun direkt
ablesen, bei welchem Tj welcher leckstrom fließt.
Wenn ich das mache, dann kommt in meiner Berechnungskurve auch was
brauchbares raus.
Den rechnerischen Ansatz habe ich noch nicht ausprobiert.
