深圳市可易亚半导体科技有限公司

國家高新企業

cn en

新聞中心

MOS管损坏是什么原因 开关耗损详细原因

信息來源:本站 日期:2017-07-06 

分享到:

mos在控制器電路中的工作狀態:開經過程(由截止到導通的過渡過程)、導通狀態、關斷過程(由導通到截止的過渡過程)、截止狀態。Mos主要損耗也對應這幾個狀態,開關損耗(開經過程和關斷過程),導通損耗,截止損耗(漏電流惹起的,這個忽略不計),還有雪崩能量損耗。只需把這些損耗控制在mos承受規格之內,mos即會正常工作,超出承受範圍,即發作損壞。

而開關損耗常常大于導通狀態損耗(不同mos這個差距可能很大)。
Mos损坏主要缘由:  过流----------持续大电流或瞬间超大电流惹起的结温过高而烧毁;
過壓----------源漏過壓擊穿、源柵極過壓擊穿;靜電----------靜電擊穿。CMOS電路都怕靜電; Mos開關原理(扼要)。Mos是電壓驅動型器件,只需柵極和源級間給一個恰當電壓,源級和漏級間通路就構成。這個電流通路的電阻被成爲mos內阻,就是導通電阻。這個內阻大小基本決議了mos芯片能承受的最大導通電流(當然和其它要素有關,最有關的是熱阻)。內阻越小承受電流越大(由于發熱小)。

Mos問題遠沒這麽簡單,省事在它的柵極和源級間,源級和漏級間,柵極和漏級間MOS管三個極內部都有等效電容。所以給柵極電壓的過程就是給電容充電的過程(電容電壓不能突變),所以mos源級和漏級間由截止到導通的開經過程受柵極電容的充電過程限制。

但是,這三個等效電容是構成串並聯組合關系,它們相互影響,並不是獨立的,假設獨立的就很簡單了。其中一個關鍵電容就是柵極和漏級間的電容Cgd,這個電容業界稱爲米勒電容。這個電容不是恒定的,隨柵極和漏級間電壓變化而疾速變化。這個米勒電容是柵極和源級電容充電的絆腳石,由于柵極給柵-源電容Cgs充電抵達一個平台後,柵極的充電電流必需給米勒電容Cgd充電,這時柵極和源級間電壓不再升高,抵達一個平台,這個是米勒平台(米勒平台就是給Cgd充電的過程),米勒平台大家首先想到的省事就是米勒振蕩。(即,柵極先給Cgs充電,抵達一定平台後再給Cgd充電)由于這個時分源級和漏級間電壓疾速變化,內部電容相應疾速充放電,這些電流脈沖會招致mos寄生電感産生很大感抗,這裏面就有電容,電感,電阻組成震蕩電路(能構成2個回路),並且電流脈沖越強頻率越高震蕩幅度越大。所以最關鍵的問題就是這個米勒平台如何過渡。


Gs極加電容,減慢mos管導通時間,有助于減小米勒振蕩。防止mos管燒毀。過快的充電會招致猛烈的米勒震蕩,但過慢的充電雖減小了震蕩,但會延長開關從而增加開關損耗。Mos開經過程源級和漏級間等效電阻相當于從無量大電阻到阻值很小的導通內阻(導通內阻普通低壓mos只需幾毫歐姆)的一個轉變過程。比如一個mos最大電流100a,電池電壓96v,在開經過程中,有那麽一瞬間(剛進入米勒平台時)mos發熱功率是P=V*I(此時電流已達最大,負載尚未跑起來,一切的功率都降落在MOS管上),P=96*100=9600w!這時它發熱功率最大,然後發熱功率疾速降低直到完好導通時功率變成100*100*0.003=30w(這裏假定這個mos導通內阻3毫歐姆)。開關過程中這個發熱功率變化是驚人的。

假設開通時間慢,意味著發熱從9600w到30w過渡的慢,mos結溫會升高的凶猛。所以開關越慢,結溫越高,容易燒mos。爲了不燒mos,只能降低mos限流或者降低電池電壓,比如給它限制50a或電壓降低一半成48v,這樣開關發熱損耗也降低了一半。不燒管子了。這也是高壓控容易燒管子緣由,高壓控制器和低壓的只需開關損耗不一樣(開關損耗和電池端電壓基本成正比,假定限流一樣),導通損耗完好受mos內阻決議,和電池電壓沒任何關系。其實整個mos開經過程非常複雜。裏面變量太多。總之就是開關慢不容易米勒震蕩,但開關損耗大,管子發熱大,開關速度快理論上開關損耗低(只需能有效抑止米勒震蕩),但是常常米勒震蕩很凶猛(假設米勒震蕩很嚴重,可能在米勒平台就燒管子了),反而開關損耗也大,並且上臂mos震蕩更有可能惹起下臂mos誤導通,構成上下臂短路。所以這個很考驗設計師的驅動電路布線和主回路布線技藝。最終就是找個平衡點(普通開經過程不超越1us)。


开通损耗这个最简单,只和导通电阻成正比,想大电流低损耗找内阻低的。下面引见下对普通用户适用点的。 Mos选择的重要参数扼要说明。以datasheet举例说明。  栅极电荷。Qgs, Qgd  Qgs:指的是栅极从0v充电到对应电流米勒平台时总充入电荷(理论电流不同,这个平台高度不同,电流越大,平台越高,这个值越大)。这个阶段是给Cgs充电(也相当于Ciss,输入电容)。  Qgd:指的是整个米勒平台的总充电电荷(在这称为米勒电荷)。这个过程给Cgd(Crss,这个电容随着gd电压不同疾速变化)充电。

开关过冲中,mos主要发热区间是粗红色标注的阶段。从Vgs开端超越阈值电压,到米勒平台终了是主要发热区间。其中米勒平台终了后mos基本完好翻开这时损耗是基本导通损耗(mos内阻越低损耗越低)。阈值电压前,mos没有翻开,几乎没损耗(只需漏电流惹起的一点损耗)。其中又以红色拐弯中央损耗最大(Qgs充电将近终了,快到米勒平台和刚进入米勒平台这个过程发热功率最大(更粗线表示)。 所以一定充电电流下,红色标注区间总电荷小的管子会很快渡过,这样发热区间时间就短,总发热量就低。所以理论上选择Qgs和Qgd小的mos管能快速渡过开关区。导通内阻。Rds(on)。这个耐压一定情况下是越低越好。不过不同厂家标的内阻是有不同测试条件的。测试条件不同,内阻丈量值会不一样。


同一管子,溫度越高內阻越大(這是矽半導體材料在mos制造工藝的特性,改動不了,能稍改善)。所以大電流測試內阻會增大(大電流下結溫會顯著升高),小電流或脈沖電流測試,內阻降低(由于結溫沒有大幅升高,沒熱積聚)。有的管子標稱典型內阻和你自己用小電流測試幾乎一樣,而有的管子自己小電流測試比標稱典型內阻低很多(由于它的測試標准是大電流)


聯系方式:鄒先生

聯系電話:0755-83888366-8022

手機:18123972950

QQ:2880195519

聯系地址:深圳市福田區車公廟天安數碼城天吉大廈CD座5C1


關注KIA半導體工程專輯請搜微信號:“KIA半導體”或點擊本文下方圖片掃一掃進入官方微信“關注”

長按二維碼識別關注