Repetitive Avalanche Messung an Power MOSFETs

Abstract

Stromversorgungen sind ein sehr wichtiges Anwendungsgebiet der modernen Leistungs-elektronik. Aufgrund der Vorteile in Bezug auf Baugröße, Gewicht, Leistungsdichte und Energieeffizienz werden sie als Schaltnetzteile (engl. Switched Mode Power Supplies) ausgeführt. Das Leistungsspektrum reicht dabei von einigen Watt bis in den Kilowattbereich hinein. Eine besondere Rolle kommt dabei den Schaltern - den Leistungs-MOSFETs - zu. Neben wichtigen Bauteilparametern wie Einschaltwiderstand und Gate Ladung, spielt die Avalanchefestigkeit eine wesentliche Rolle. Die Avalanchefestigkeit zeichnet sich durch die Unempfindlichkeit eines Leistungs-MOSFETS gegenüber dem Auftreten eines Avalanchestromes, wie er beim Schalten von Induktivitäten ohne geeignete Begrenzung der dabei entstehenden Spannungsüberhöhung vorkommt, aus. Das Avalanchevermögen eines Power-MOSFETs wird in den Datenblättern der Hersteller normalerweise als diejenige Energie angegeben, welche durch einen einmaligen Impuls in Wärme umgesetzt wird und bei der der MOSFET noch keinen Schaden nimmt. Allerdings spiegelt diese Art der Bewertung nicht das wahre Avalanchevermögen eines MOSFETs wieder, wie es in vielen Anwendungen vorkommt. Ein applikationsnäherer Parameter ist das Vermögen eines MOSFETs einen sich wiederholenden Avalanche, einen Repetitive Avalanche, unbeschadet zu überstehen. Dieser Parameter ist aber bislang noch nicht in den Datenblättern enthalten, er wird aber von vielen industriellen Entwicklern gefordert. Diese Diplomarbeit beschäftigt sich daher mit dem Aufbau eines Messsytems, mit dem es möglich ist, die geforderten Parameter für den Repetitive Avalanche Modus zu ermitteln.<br />Die Testumgebung soll dabei möglichst applikationsnahe Fälle wiederspiegeln, d.h. sie soll in Hinblick auf höhere Schaltfrequenzen und kleinere induktive Werte op-timiert werden. Der erste Abschnitt der Arbeit fasst zunächst den Aufbau und die wichtigsten Eigenschaften und von Leistungs-MOSFETs zusammen. Im zweiten Abschnitt wird auf das Verhalten der Bauteile im Avalanche-Modus eingegangen. Der dritte Teilabschnitt befasst sich mit einer praktischen Applikation. Im vierten und letzten Abschnitt wird der Aufbau des entwickelten Messsystems genauer beschrieben.<br />