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                            功率MOS管-損壞功率MOS管的五種模式分析-KIA MOS管

                            信息來源:本站 日期:2018-12-07 

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                            功率MOS管

                            MOSFET是較常使用的一類功率器件?!癕OSFET”是英文MetalOxideSemicoductorFieldEffectTransistor的縮寫,譯成中文是“金屬氧化物半導體場效應管”。它是由金屬、氧化物(SiO2或SiN)及半導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),用于功率輸出級的器件。功率MOSFET可分為增強型和耗盡型,按溝道分又可分為N溝道型和P溝道型。


                            做開關電源,常用功率MOSFET。一般而言,MOS管制造商采用RDS(ON)參數來定義導通阻抗;對ORing FET應用來說,RDS(ON)也是最重要的器件特性。數據手冊定義RDS(ON)與柵極(或驅動)電壓VGS以及流經開關的電流有關,但對于充分的柵極驅動,RDS(ON)是一個相對靜態參數。


                            若設計人員試圖開發尺寸最小、成本最低的電源,低導通阻抗更是加倍的重要。在電源設計中,每個電源常常需要多個ORing MOS管并行工作,需要多個器件來把電流傳送給負載。在許多情況下,設計人員必須并聯MOS管,以有效降低RDS(ON)。在DC電路中,并聯電阻性負載的等效阻抗小于每個負載單獨的阻抗值。比如,兩個并聯的2Ω電阻相當于一個1Ω的電阻。因此,一般來說,一個低RDS(ON)值的MOS管,具備大額定電流,就可以讓設計人員把電源中所用MOS管的數目減至最少。


                            除了RDS(ON)之外,在MOS管的選擇過程中還有幾個MOS管參數也對電源設計人員非常重要。許多情況下,設計人員應該密切關注數據手冊上的安全工作區(SOA)曲線,該曲線同時描述了漏極電流和漏源電壓的關系?;旧?,SOA定義了MOSFET能夠安全工作的電源電壓和電流。在ORing FET應用中,首要問題是:在"完全導通狀態"下FET的電流傳送能力。實際上無需SOA曲線也可以獲得漏極電流值。


                            損壞功率MOS管功率五種模式


                            第一種:雪崩

                            如果在漏極-源極間外加超出器件額定VDSS的電涌電壓,而且達到擊穿電壓V(BR)DSS (根據擊穿電流其值不同),并超出一定的能量后就發生破壞的現象。


                            在介質負載的開關運行斷開時產生的回掃電壓,或者由漏磁電感產生的尖峰電壓超出功率MOSFET的漏極額定耐壓并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。發熱的原因分為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?。?/span>

                            瞬態功率原因:外加單觸發脈沖


                            ●負載短路


                            ●開關損耗(接通、斷開) *(與溫度和工作頻率是相關的)


                            ●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

                            此破壞方式在并聯時尤其容易發生


                            在并聯功率MOS FET時未插入柵極電阻而直接連接時發生的柵極寄生振蕩。高速反復接通、斷開漏極-源極電壓時,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生此寄生振蕩。當諧振條件(ωL=1/ωC)成立時,在柵極-源極間外加遠遠大于驅動電壓Vgs(in)的振動電壓,由于超出柵極-源極間額定電壓導致柵極破壞,或者接通、斷開漏極-源極間電壓時的振動電壓通過柵極-漏極電容Cgd和Vgs波形重疊導致正向反饋,因此可能會由于誤動作引起振蕩破壞。

                            功率MOS管


                            第五種:柵極電涌、靜電破壞

                            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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