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功率MOS管-损坏功率MOS管的五种模式分析-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2018-12-07 

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功率MOS管

MOSFET是较常使用的一类功率器件。“MOSFET”是英文MetalOxideSemicoductorFieldEffectTransistor的缩写,译成中文是“金属氧化物半导体場效應管”。它是由金属、氧化物(SiO2或SiN)及半导体三种材料制成的器件。所谓功率MOSFET(PowerMOSFET)是指它能输出较大的工作电流(几安到几十安),用于功率输出级的器件。功率MOSFET可分为增强型和耗尽型,按沟道分又可分为N沟道型和P沟道型。


做开关电源,常用功率MOSFET。一般而言,MOS管制造商采用RDS(ON)参数来定义导通阻抗;对ORing FET应用来说,RDS(ON)也是最重要的器件特性。数据手册定义RDS(ON)与栅极(或驱动)电压VGS以及流经开关的电流有关,但对于充分的栅极驱动,RDS(ON)是一个相对静态参数。


若设计人员试图开发尺寸最小、成本最低的电源,低导通阻抗更是加倍的重要。在电源设计中,每个电源常常需要多个ORing MOS管并行工作,需要多个器件来把电流传送给负载。在许多情况下,设计人员必须并联MOS管,以有效降低RDS(ON)。在DC电路中,并联电阻性负载的等效阻抗小于每个负载单独的阻抗值。比如,两个并联的2Ω电阻相当于一个1Ω的电阻。因此,一般来说,一个低RDS(ON)值的MOS管,具备大额定电流,就可以让设计人员把电源中所用MOS管的数目减至最少。


除了RDS(ON)之外,在MOS管的选择过程中还有几个MOS管参数也对电源设计人员非常重要。许多情况下,设计人员应该密切关注数据手册上的安全工作区(SOA)曲线,该曲线同时描述了漏极电流和漏源电压的关系。基本上,SOA定义了MOSFET能够安全工作的电源电压和电流。在ORing FET应用中,首要问题是:在"完全导通状态"下FET的电流传送能力。实际上无需SOA曲线也可以获得漏极电流值。


損壞功率MOS管功率五種模式


第一種:雪崩

如果在漏极-源极间外加超出器件额定VDSS的电涌电压,而且达到击穿电压V(BR)DSS (根据击穿电流其值不同),并超出一定的能量后就发生破坏的现象。


在介質負載的開關運行斷開時産生的回掃電壓,或者由漏磁電感産生的尖峰電壓超出功率MOSFET的漏極額定耐壓並進入擊穿區而導致破壞的模式會引起雪崩破壞。


典型電路:

功率MOS管


第二種:器件發熱損壞

由超出安全區域引起發熱而導致的。發熱的原因分爲直流功率和瞬態功率兩種。


直流功率原因:外加直流功率而導致的損耗引起的發熱


●導通電阻RDS(on)損耗(高溫時RDS(on)增大,導致一定電流下,功耗增加)


●由漏電流IDSS引起的損耗(和其他損耗相比極小)

瞬態功率原因:外加單觸發脈沖


●負載短路


●开关损耗(接通、断开) *(与温度和工作频率是相关的)


●內置二極管的trr損耗(上下橋臂短路損耗)(與溫度和工作頻率是相關的)


器件正常運行時不發生的負載短路等引起的過電流,造成瞬時局部發熱而導致破壞。另外,由于熱量不相配或開關頻率太高使芯片不能正常散熱時,持續的發熱使溫度超出溝道溫度導致熱擊穿的破壞。

功率MOS管


第三種:內置二極管破壞

在DS端間構成的寄生二極管運行時,由于在Flyback時功率MOSFET的寄生雙極晶體管運行,導致此二極管破壞的模式。

功率MOS管


第四種:由寄生振蕩導致的破壞

此破壞方式在並聯時尤其容易發生


在并联功率MOS FET时未插入栅极电阻而直接连接时发生的栅极寄生振荡。高速反复接通、断开漏极-源极电压时,在由栅极-漏极电容Cgd(Crss)和栅极引脚电感Lg形成的谐振电路上发生此寄生振荡。当谐振条件(ωL=1/ωC)成立时,在栅极-源极间外加远远大于驱动电压Vgs(in)的振动电压,由于超出栅极-源极间额定电压导致栅极破坏,或者接通、断开漏极-源极间电压时的振动电压通过栅极-漏极电容Cgd和Vgs波形重叠导致正向反馈,因此可能会由于误动作引起振荡破坏。

功率MOS管


第五種:柵極電湧、靜電破壞

主要有因在柵極和源極之間如果存在電壓浪湧和靜電而引起的破壞,即柵極過電壓破壞和由上電狀態中靜電在GS兩端(包括安裝和和測定設備的帶電)而導致的柵極破壞

功率MOS管



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