Wie kann ein Hochspannungstransistor so klein sein?

Beispielsweise:

• STN0214 - NPN-Leistungstransistor mit sehr hoher Spannung

Es soll mehr als 1 kV zwischen Kollektor und Emitter aufnehmen. Es wird in einem SOT-223-Gehäuse geliefert (3 Stifte plus eine Lasche). Kann bei einer Spannungsfestigkeit von 1 kV / mm für feuchte Luft kein Lichtbogen zwischen den Elektroden auftreten?

Oder müssen Sie die Verpackung mit Klebstoff oder einem anderen Material mit höherer Durchschlagfestigkeit als Luft umhüllen?

Hmm, es scheint eng zu sein. Die Stiftteilung beträgt 2,3 mm und die maximale Stiftbreite 0,85 mm, wobei ein Mindestabstand von 1,45 mm zwischen den Stiften verbleibt. Der Transistor ist für 1,4 kV CE spezifiziert, die sich an benachbarten Pins befinden, das ist also nur etwa 1 kV / mm. Wie ich bereits sagte, scheint das eng zu sein, und Sie müssen beim Entwerfen des PCB-Footprints vorsichtig sein, um dies nicht zu verschlechtern.

Normalerweise mache ich PCB-Pads etwas breiter als die Stifte, aber in diesem Fall würde ich nicht. Selbst wenn Sie die Pads so breit wie die Stifte machen, werden Ausrichtungsfehler in den Abstand eingeschnitten.

Insgesamt würde ich ein größeres Gehäuse mit mehr Abstand zwischen den Stiften bevorzugen, um etwas unter 1 kV / mm zu gelangen.

Ja, in der Regel werden Sie nach der Montage eine Verbindung anwenden, um die Stifte abzudichten. Selbst bei sehr viel größeren Abständen wird dies in der Regel durchgeführt, da die Zuleitungen häufig scharfe Ecken aufweisen (anfälliger für Korona und Durchschlag). Selbst bei größeren Bauteilen (Hochspannungsrelais usw.) fügen wir routinemäßig etwas wie Corona Dope hinzu , wenn die Spannung über 1 kV ansteigt. Dies bietet Schutz in der Größenordnung von ~ 145 kV / mm und unterdrückt sowohl Lichtbögen als auch Koronaentladungen . Natürlich ist Corona Dope nicht die am besten geeignete Verbindung für diesen Teil - es dient nur als Beispiel. In jedem Fall wäre in einem System, in dem das Gerät mit einer maximalen Nennspannung von 1,4 kV betrieben wird, eine Art konformer Isolierbeschichtung erforderlich.

Größeres Problem wären die Leiterplatte selbst und die Leiterbahnen / Pads - der Chip ist zu eng für standardmäßige Niederspannungs-Leiterplattenmaterialien und Designstandards (dh eine Leiterplatte aus IPC-spezifizierten Materialien). Beispielsweise geben die IPC2221A-Spezifikationen den Mindestabstand für dauerhaft beschichtete Außenleiter (dh: Chip-Zuleitungen - vorausgesetzt, sie sind wie oben beschrieben beschichtet) an:

• 0,8 mm bei 500 V + 0,00305 mm / V zusätzlich
• -> für 1,4 kV ist dies 0,8 + 900 * 0,00305 = 3,545 mm

Sogar die Leiterbahnen der internen Platine müssten weiter voneinander entfernt sein (2,5 mm, nach einer ähnlichen Berechnung), als es der Chip zulässt. Weitere Überlegungen für Mittel- oder Hochspannungs-Leiterplatten betreffen die Form der Pads und Leiterbahnen - diese müssen häufig abgerundet werden, um scharfe Ecken zu vermeiden, bei denen die Richtung der Leiterbahnen geändert wird, und abgerundete Rechteck-Pads anstelle von Quadraten mit scharfen Ecken zu verwenden.

Daher ist eine für Niederspannungsstromkreise ausgelegte Standard-Leiterplatte nicht nur für diese Komponente geeignet, da die Zuleitungen der Komponenten nach der Montage mit einer Isoliermasse beschichtet werden müssen. Sie müssten ihn daher auf einer Platine montieren, die speziell für Mittelspannungsanwendungen (in der Regel ~ 600-3000 V) ausgelegt ist.

Es ist nicht klar, wie groß der tatsächliche Mindestabstand zwischen dem Kollektor und den anderen Stiften ist, aber er scheint etwas mehr als 1 mm zu betragen. Wahrscheinlich in einem versiegelten Gehäuse mit trockener Luft, die gerade ausreicht (vorausgesetzt, jemand würde es in der Nähe der maximalen Bewertung verwenden!). Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine konforme Beschichtung aufzubringen .

ABER die Tatsache, dass der Transistor mit dieser Spannung umgehen kann, bedeutet nicht, dass Sie ihn bis zu dieser Spannung betreiben MÜSSEN. Wenn Sie es zum Beispiel mit 600 V betreiben, haben Sie einen beträchtlichen Spielraum, bevor der Transistor ausfällt. In manchen Situationen könnte das schön sein.

Hauptaspekte bei Hochspannung sind Luft- und Kriechstrecken auf der physikalischen Schicht. Der Abstand ist der kürzeste Weg zwischen den interessierenden Punkten und der üblicherweise verwendete Standard ist IPC-2221A. Kriechstrom ist der kürzeste elektrische Pfad auf der Leiterplatte. Wenn einer dieser Abstände geringer ist als in der obigen Referenz angegeben, ist, wie Sie vermuten, eine Verbindung mit besseren Isoliereigenschaften erforderlich. Die obige Literaturstelle gibt Werte für konform beschichtete und unbeschichtete Platten für Oberflächenschichten an. Es gibt eine Reihe von Lösungen für dieses Problem. Dies ist eine einfache Antwort auf Ihre spezielle Frage. Hochspannung hat viele weitere zu berücksichtigende Probleme.