Почему горят транзисторы

Даже самые лучшие, оригинальные и настоящие полевые транзисторы всегда выходят из строя по одной и той же причине — из-за превышения какого-нибудь из максимально допустимых своих параметров. Мы не будем принимать во внимание механические повреждения корпусов и ножек, вместо этого отметим два основных вредоносных фактора — нарушение теплового режима и превышение критического напряжения. Под нарушением теплового режима имеется ввиду превышение допустимой температуры кристалла, которое обычно напрямую связано с повышенным током, поэтому рассмотрим подробно и данный аспект проблемы.

Совсем обобщая, можно сказать, что полевой транзистор выходит из строя либо от перенапряжения, либо от перегрева. И ежели не допускать причин превышения допустимых параметров, то транзистор сохранит и свою работоспособность, и работоспособность соседних компонентов, не говоря уже о нервных клетках владельца устройства, для которого данный транзистор предназначался. Итак, давайте разберемся, почему же горят транзисторы.

Перенапряжение

Полевые транзисторы — это очень нежные полупроводниковые приборы с несколькими переходами. И было бы сильным упрощением сказать, что пробой по напряжению возможен здесь только от неловкого прикосновения не заземленным пинцетом. На самом деле, пробой напряжением возможен по двум сценариям: затвор-исток или сток-исток.

Пробой затвор-исток как правило происходит из-за нарушения в работе драйверного каскада схемы управления либо из-за наводки, в том числе — из-за наводки от стока за счет эффекта Миллера. Конечно, современные транзисторы отличаются очень малой емкостью сток-затвор, однако исключения время от времени могут попадаться, особенно в схемах с высокой скоростью нарастания напряжения на стоке.

Для борьбы с эффектом Миллера применяют активные схемы разряда затвора или как минимум ставят обратный диод со стабилитроном в цепь затвора полевика. Что касается качества самих драйверных схем, то более высокую надежность показывают схемы управления с гальванической развязкой, в частности — решения на трансформаторах управления затвором.

Для пробоя по напряжению в цепи сток-исток, полевому транзистору достаточно всего нескольких наносекунд чтобы сгореть от индуктивного выброса большой амплитуды на стоке. Для борьбы с перенапряжением на стоке, обычно применяют схемы плавного включения, активные ограничители или пассивные снабберные схемы с конденсаторами и резисторами, либо варисторные ограничители напряжения на стоке. Те и другие защитные пути являются вынужденными превентивными мерами предохранения полевых транзисторов, они очень распространены и приняты за норму среди разработчиков силовой электроники.

Перегрев кристалла

Наиболее банальная причина перегрева транзистора — плохое крепление корпуса транзистора к радиатору или просто некачественный контакт между радиатором и транзистором. Для защиты от данного явления лучше всего не только применять теплопроводные подложки и пасты, но дополнительно использовать датчики температуры, которые бы отключали схему при наступлении перегрева.

Перегрузка по среднему току — еще одна причина перегрева транзистора. Чаще всего в схемах импульсных преобразователей с ней борются путем плавного увеличения частоты и ширины управляющих импульсов. Это нужно для того, чтобы избежать превышения среднего тока, например во время холодного пуска устройства, когда заряжаются пустые конденсаторы или запускается двигатель, которому еще предстоит набрать обороты, а если подать сразу полный ток, то транзисторы мгновенно перегрузятся. Схемы обратной связи по току в двухтактных схемах также способствуют защите транзисторов.

И конечно, сквозной ток, куда же без него. Разработчики полумостовых схем знают о нем не по наслышке. Здесь спасет грамотный расчет и проектирование схемы управления и цепей обратной связи, а также плавный пуск с медленным увеличением частоты следования и ширины управляющих импульсов.