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功率(lv)MOS管-损(sun)坏(huai)功率(lv)MOS管的五种模(mo)式(shi)分析-KIA MOS管

信息来(lai)源：本站　日期：2018-12-07　

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功率MOS管

MOSFET是较常(chang)使用(yong)的一类功率器(qi)(qi)件(jian)(jian)。“MOSFET”是英(ying)文MetalOxideSemicoductorFieldEffectTransistor的缩写，译成中(zhong)文是“金属氧(yang)化物(wu)(wu)半导体(ti)场效(xiao)应管”。它(ta)是由金属、氧(yang)化物(wu)(wu)(SiO2或(huo)SiN)及半导体(ti)三种(zhong)材(cai)料制成的器(qi)(qi)件(jian)(jian)。所谓(wei)功率MOSFET(PowerMOSFET)是指它(ta)能输(shu)(shu)出(chu)较大的工作电(dian)流(几安到几十安)，用(yong)于(yu)功率输(shu)(shu)出(chu)级的器(qi)(qi)件(jian)(jian)。功率MOSFET可分为增强型(xing)(xing)和(he)耗尽(jin)型(xing)(xing)，按沟道分又可分为N沟道型(xing)(xing)和(he)P沟道型(xing)(xing)。

做(zuo)开关电源(yuan)，常用(yong)功(gong)率(lv)MOSFET。一般而言，MOS管(guan)制造(zao)商采用(yong)RDS(ON)参数(shu)来定义导通阻抗;对(dui)ORing FET应用(yong)来说，RDS(ON)也是最(zui)重要的(de)器件特性。数(shu)据手(shou)册定义RDS(ON)与栅(zha)极(或驱动)电压(ya)VGS以及(ji)流经开关的(de)电流有关，但对(dui)于充分的(de)栅(zha)极驱动，RDS(ON)是一个相对(dui)静态(tai)参数(shu)。

若(ruo)设(she)计人(ren)员试图开(kai)发尺(chi)寸最(zui)(zui)小、成本(ben)最(zui)(zui)低的(de)电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)，低导通阻(zu)抗更是加倍的(de)重(zhong)要(yao)。在电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)设(she)计中(zhong)，每个(ge)电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)常常需要(yao)多个(ge)ORing MOS管并行(xing)工作(zuo)，需要(yao)多个(ge)器件来(lai)把(ba)电(dian)(dian)(dian)流(liu)传送(song)给负载(zai)。在许多情况下，设(she)计人(ren)员必须并联MOS管，以有效降(jiang)低RDS(ON)。在DC电(dian)(dian)(dian)路(lu)中(zhong)，并联电(dian)(dian)(dian)阻(zu)性(xing)负载(zai)的(de)等效阻(zu)抗小于(yu)每个(ge)负载(zai)单(dan)独的(de)阻(zu)抗值(zhi)。比(bi)如，两个(ge)并联的(de)2Ω电(dian)(dian)(dian)阻(zu)相当(dang)于(yu)一(yi)(yi)个(ge)1Ω的(de)电(dian)(dian)(dian)阻(zu)。因(yin)此(ci)，一(yi)(yi)般来(lai)说，一(yi)(yi)个(ge)低RDS(ON)值(zhi)的(de)MOS管，具备大(da)额定电(dian)(dian)(dian)流(liu)，就可以让设(she)计人(ren)员把(ba)电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)中(zhong)所(suo)用MOS管的(de)数目减至(zhi)最(zui)(zui)少。

除了RDS(ON)之外(wai)，在(zai)MOS管(guan)的(de)选择过程中(zhong)还有几个(ge)MOS管(guan)参数也对电(dian)(dian)源(yuan)设计人(ren)(ren)员(yuan)非常重(zhong)要。许多情况(kuang)下，设计人(ren)(ren)员(yuan)应该(gai)密切关注数据手册(ce)上(shang)的(de)安全工作区(SOA)曲(qu)线(xian)(xian)，该(gai)曲(qu)线(xian)(xian)同(tong)时描述(shu)了漏(lou)极电(dian)(dian)流和漏(lou)源(yuan)电(dian)(dian)压(ya)的(de)关系。基本上(shang)，SOA定(ding)义了MOSFET能够(gou)安全工作的(de)电(dian)(dian)源(yuan)电(dian)(dian)压(ya)和电(dian)(dian)流。在(zai)ORing FET应用中(zhong)，首要问题是：在(zai)"完全导(dao)通状态"下FET的(de)电(dian)(dian)流传(chuan)送能力(li)。实(shi)际上(shang)无需SOA曲(qu)线(xian)(xian)也可以获(huo)得漏(lou)极电(dian)(dian)流值。

损坏功率MOS管功率五种模式

第一种：雪崩

如果在漏极-源极间(jian)外加超(chao)出(chu)器件(jian)额定VDSS的(de)电(dian)(dian)涌电(dian)(dian)压(ya)，而且达(da)到击穿电(dian)(dian)压(ya)V(BR)DSS （根(gen)据击穿电(dian)(dian)流其值(zhi)不同），并超(chao)出(chu)一定的(de)能量后就发(fa)生破坏(huai)的(de)现象。

在介质负(fu)载的开关运行断开时产生的回扫(sao)电(dian)压，或者由(you)漏磁电(dian)感产生的尖(jian)峰电(dian)压超出功率MOSFET的漏极额(e)定耐压并进入(ru)击穿区而(er)导(dao)致破坏的模(mo)式会引起雪(xue)崩破坏。

典型电路(lu)：

功率MOS管

第二种：器件发热损坏

由超出(chu)安全区域引起发(fa)热而导致的。发(fa)热的原因分为直流(liu)功(gong)率和瞬态功(gong)率两种(zhong)。

直流功率原因：外(wai)加(jia)直流功率而导(dao)致的损耗(hao)引(yin)起的发(fa)热(re)

●导(dao)通(tong)电阻RDS(on)损耗(hao)（高温(wen)时RDS(on)增(zeng)大(da)，导(dao)致一(yi)定电流(liu)下(xia)，功耗(hao)增(zeng)加(jia)）

●由漏电(dian)流(liu)IDSS引起的(de)损耗（和其他损耗相比极小）

瞬态功率原因(yin)：外(wai)加(jia)单(dan)触发脉冲

●负(fu)载短路

●开关损耗（接通、断开） *（与温度和工作频率是相(xiang)关的）

●内置二(er)极(ji)管的trr损耗（上下桥臂短(duan)路(lu)损耗）（与温度和工作频(pin)率是相关的）

器件(jian)正常运行时不(bu)发生的负(fu)载短路(lu)等(deng)引起的过电流，造成瞬时局部发热(re)而导(dao)致破坏。另外，由于热(re)量不(bu)相配或开关频(pin)率太高使芯片不(bu)能正常散热(re)时，持续的发热(re)使温度超出(chu)沟(gou)道温度导(dao)致热(re)击穿(chuan)的破坏。

功率MOS管

第三种：内置二极管破坏

在DS端间构(gou)成(cheng)的寄生(sheng)二(er)极(ji)管运(yun)行(xing)时(shi)，由于在Flyback时(shi)功(gong)率MOSFET的寄生(sheng)双极(ji)晶体(ti)管运(yun)行(xing)，导(dao)致此二(er)极(ji)管破坏的模式。

功率MOS管

第四种：由寄生振荡导致的破坏

此破坏方式在并联(lian)时尤其容易发(fa)生

在并联功率MOS FET时(shi)(shi)未插入栅(zha)极(ji)(ji)(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻而直接连接时(shi)(shi)发生(sheng)的(de)(de)栅(zha)极(ji)(ji)(ji)(ji)寄(ji)生(sheng)振(zhen)荡。高速反复(fu)接通、断(duan)开漏(lou)(lou)极(ji)(ji)(ji)(ji)-源(yuan)(yuan)极(ji)(ji)(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)压时(shi)(shi)，在由栅(zha)极(ji)(ji)(ji)(ji)-漏(lou)(lou)极(ji)(ji)(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)Cgd(Crss)和栅(zha)极(ji)(ji)(ji)(ji)引脚(jiao)电(dian)(dian)(dian)(dian)感Lg形成的(de)(de)谐振(zhen)电(dian)(dian)(dian)(dian)路上发生(sheng)此寄(ji)生(sheng)振(zhen)荡。当谐振(zhen)条件(ωL=1/ωC)成立时(shi)(shi)，在栅(zha)极(ji)(ji)(ji)(ji)-源(yuan)(yuan)极(ji)(ji)(ji)(ji)间(jian)外加远(yuan)远(yuan)大于驱动(dong)电(dian)(dian)(dian)(dian)压Vgs(in)的(de)(de)振(zhen)动(dong)电(dian)(dian)(dian)(dian)压，由于超出(chu)栅(zha)极(ji)(ji)(ji)(ji)-源(yuan)(yuan)极(ji)(ji)(ji)(ji)间(jian)额定电(dian)(dian)(dian)(dian)压导致栅(zha)极(ji)(ji)(ji)(ji)破(po)坏(huai)，或者接通、断(duan)开漏(lou)(lou)极(ji)(ji)(ji)(ji)-源(yuan)(yuan)极(ji)(ji)(ji)(ji)间(jian)电(dian)(dian)(dian)(dian)压时(shi)(shi)的(de)(de)振(zhen)动(dong)电(dian)(dian)(dian)(dian)压通过栅(zha)极(ji)(ji)(ji)(ji)-漏(lou)(lou)极(ji)(ji)(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)Cgd和Vgs波形重(zhong)叠(die)导致正(zheng)向反馈，因此可能会由于误(wu)动(dong)作引起振(zhen)荡破(po)坏(huai)。

功率MOS管

第五种：栅极电涌、静电破坏

主要(yao)有因在(zai)(zai)栅(zha)极(ji)和源极(ji)之间(jian)如果存在(zai)(zai)电压浪涌和静(jing)电而(er)引起的破坏，即栅(zha)极(ji)过电压破坏和由上电状态中(zhong)静(jing)电在(zai)(zai)GS两(liang)端（包括安装和和测定设(she)备(bei)的带电）而(er)导致的栅(zha)极(ji)破坏

功率MOS管