功率MOS管-損壞功率MOS管的五種模式分析-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-12-07
MOSFET是較常使用的一類(lèi)功率器件?！癕OSFET”是英文MetalOxideSemicoductorFieldEffectTransistor的縮寫(xiě)，譯成中文是“金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管”。它是由金屬、氧化物(SiO2或SiN)及半導(dǎo)體三種材料制成的器件。所謂功率MOSFET(PowerMOSFET)是指它能輸出較大的工作電流(幾安到幾十安)，用于功率輸出級(jí)的器件。功率MOSFET可分為增強(qiáng)型和耗盡型，按溝道分又可分為N溝道型和P溝道型。
做開(kāi)關(guān)電源，常用功率MOSFET。一般而言，MOS管制造商采用RDS(ON)參數(shù)來(lái)定義導(dǎo)通阻抗;對(duì)ORing FET應(yīng)用來(lái)說(shuō)，RDS(ON)也是最重要的器件特性。數(shù)據(jù)手冊(cè)定義RDS(ON)與柵極(或驅(qū)動(dòng))電壓VGS以及流經(jīng)開(kāi)關(guān)的電流有關(guān)，但對(duì)于充分的柵極驅(qū)動(dòng)，RDS(ON)是一個(gè)相對(duì)靜態(tài)參數(shù)。
若設(shè)計(jì)人員試圖開(kāi)發(fā)尺寸最小、成本最低的電源，低導(dǎo)通阻抗更是加倍的重要。在電源設(shè)計(jì)中，每個(gè)電源常常需要多個(gè)ORing MOS管并行工作，需要多個(gè)器件來(lái)把電流傳送給負(fù)載。在許多情況下，設(shè)計(jì)人員必須并聯(lián)MOS管，以有效降低RDS(ON)。在DC電路中，并聯(lián)電阻性負(fù)載的等效阻抗小于每個(gè)負(fù)載單獨(dú)的阻抗值。比如，兩個(gè)并聯(lián)的2Ω電阻相當(dāng)于一個(gè)1Ω的電阻。因此，一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)低RDS(ON)值的MOS管，具備大額定電流，就可以讓設(shè)計(jì)人員把電源中所用MOS管的數(shù)目減至最少。
除了RDS(ON)之外，在MOS管的選擇過(guò)程中還有幾個(gè)MOS管參數(shù)也對(duì)電源設(shè)計(jì)人員非常重要。許多情況下，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該密切關(guān)注數(shù)據(jù)手冊(cè)上的安全工作區(qū)(SOA)曲線(xiàn)，該曲線(xiàn)同時(shí)描述了漏極電流和漏源電壓的關(guān)系?；旧?，SOA定義了MOSFET能夠安全工作的電源電壓和電流。在ORing FET應(yīng)用中，首要問(wèn)題是：在"完全導(dǎo)通狀態(tài)"下FET的電流傳送能力。實(shí)際上無(wú)需SOA曲線(xiàn)也可以獲得漏極電流值。
如果在漏極-源極間外加超出器件額定VDSS的電涌電壓，而且達(dá)到擊穿電壓V(BR)DSS （根據(jù)擊穿電流其值不同），并超出一定的能量后就發(fā)生破壞的現(xiàn)象。
在介質(zhì)負(fù)載的開(kāi)關(guān)運(yùn)行斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的回掃電壓，或者由漏磁電感產(chǎn)生的尖峰電壓超出功率MOSFET的漏極額定耐壓并進(jìn)入擊穿區(qū)而導(dǎo)致破壞的模式會(huì)引起雪崩破壞。
典型電路：
由超出安全區(qū)域引起發(fā)熱而導(dǎo)致的。發(fā)熱的原因分為直流功率和瞬態(tài)功率兩種。
直流功率原因：外加直流功率而導(dǎo)致的損耗引起的發(fā)熱
●導(dǎo)通電阻RDS(on)損耗（高溫時(shí)RDS(on)增大，導(dǎo)致一定電流下，功耗增加）
●由漏電流IDSS引起的損耗（和其他損耗相比極?。?/span>
瞬態(tài)功率原因：外加單觸發(fā)脈沖
●負(fù)載短路
●開(kāi)關(guān)損耗（接通、斷開(kāi)） *（與溫度和工作頻率是相關(guān)的）
●內(nèi)置二極管的trr損耗（上下橋臂短路損耗）（與溫度和工作頻率是相關(guān)的）
器件正常運(yùn)行時(shí)不發(fā)生的負(fù)載短路等引起的過(guò)電流，造成瞬時(shí)局部發(fā)熱而導(dǎo)致破壞。另外，由于熱量不相配或開(kāi)關(guān)頻率太高使芯片不能正常散熱時(shí)，持續(xù)的發(fā)熱使溫度超出溝道溫度導(dǎo)致熱擊穿的破壞。
在DS端間構(gòu)成的寄生二極管運(yùn)行時(shí)，由于在Flyback時(shí)功率MOSFET的寄生雙極晶體管運(yùn)行，導(dǎo)致此二極管破壞的模式。
此破壞方式在并聯(lián)時(shí)尤其容易發(fā)生
在并聯(lián)功率MOS FET時(shí)未插入柵極電阻而直接連接時(shí)發(fā)生的柵極寄生振蕩。高速反復(fù)接通、斷開(kāi)漏極-源極電壓時(shí)，在由柵極-漏極電容Cgd(Crss)和柵極引腳電感Lg形成的諧振電路上發(fā)生此寄生振蕩。當(dāng)諧振條件(ωL=1/ωC)成立時(shí)，在柵極-源極間外加遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于驅(qū)動(dòng)電壓Vgs(in)的振動(dòng)電壓，由于超出柵極-源極間額定電壓導(dǎo)致柵極破壞，或者接通、斷開(kāi)漏極-源極間電壓時(shí)的振動(dòng)電壓通過(guò)柵極-漏極電容Cgd和Vgs波形重疊導(dǎo)致正向反饋，因此可能會(huì)由于誤動(dòng)作引起振蕩破壞。
主要有因在柵極和源極之間如果存在電壓浪涌和靜電而引起的破壞，即柵極過(guò)電壓破壞和由上電狀態(tài)中靜電在GS兩端（包括安裝和和測(cè)定設(shè)備的帶電）而導(dǎo)致的柵極破壞
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