功率MOS管 失效分析

经常使用MOS管(guan)的人都(dou)会知道(dao)，MOS管(guan)其实(shi)就是金(jin)属（metal）—氧化物（oxide）—半导体(ti)（semiconductor）场效(xiao)应晶体(ti)管(guan)，或者称是金(jin)属—绝缘体(ti)（insulator）—半导体(ti)。

MOS管的(de)(de)source和drain是(shi)(shi)可以(yi)对调的(de)(de)，它们都是(shi)(shi)在P型(xing)backgate中形成的(de)(de)N型(xing)区(qu)。在多数(shu)情况下(xia)，这(zhei)个两个区(qu)是(shi)(shi)一样的(de)(de)，即(ji)使(shi)两端对调也不会影响器(qi)件(jian)的(de)(de)性能。这(zhei)样的(de)(de)器(qi)件(jian)被认为是(shi)(shi)对称(cheng)的(de)(de)。

目前在(zai)市场(chang)应(ying)用方面(mian)，排名(ming)第(di)一的(de)是消费(fei)类(lei)电(dian)子电(dian)源适配(pei)器(qi)(qi)(qi)产品。而根据MOS管厂家对MOS管的(de)应(ying)用领(ling)域(yu)了解(jie)，知道MOS管排名(ming)第(di)二的(de)是计(ji)算机(ji)主板、NB、计(ji)算机(ji)类(lei)适配(pei)器(qi)(qi)(qi)、LCD显示(shi)器(qi)(qi)(qi)等产品。在(zai)随着的(de)发(fa)展，计(ji)算机(ji)主板、计(ji)算机(ji)类(lei)适配(pei)器(qi)(qi)(qi)、LCD显示(shi)器(qi)(qi)(qi)对MOS管的(de)需(xu)求有要超过消费(fei)类(lei)电(dian)子电(dian)源适配(pei)器(qi)(qi)(qi)的(de)现象(xiang)了。

而(er)目前排名第(di)三的就属(shu)网络通信(xin)、工业控制、汽(qi)车电(dian)子以及(ji)电(dian)力设备领域了，这些产品对于(yu)MOS管(guan)的需求也是很(hen)大的，特别是现在汽(qi)车电(dian)子对于(yu)MOS管(guan)的需求直(zhi)追(zhui)消(xiao)费类电(dian)子了。

从以上的(de)分(fen)析来看(kan)，能知道(dao)MOS管的(de)需要在国内的(de)需求是不断增大了，但使用(yong)MOS管的(de)企业(ye)们真的(de)知道(dao)MOS管失效的(de)原因(yin)吗？

分析MOS失效的六大原因

一、雪崩失效（电压失效）

也就是我(wo)们(men)常说的(de)漏(lou)源间的(de)BVdss电压超过MOSFET的(de)额定(ding)电压，并且(qie)超过达到(dao)了一(yi)定(ding)的(de)能力从而(er)导致MOSFET失效。（重点分(fen)析）

到底什么是雪崩失(shi)效呢，简单(dan)来说MOSFET在(zai)电(dian)源板上由于(yu)母线电(dian)压、变(bian)压器反射电(dian)压、漏感(gan)尖(jian)峰电(dian)压等(deng)等(deng)系统(tong)电(dian)压叠加在(zai)MOSFET漏源之间，导(dao)致(zhi)的一种(zhong)失(shi)效模(mo)式(shi)。简而言(yan)之就是由于(yu)就是MOSFET漏源极的电(dian)压超过(guo)其规定(ding)电(dian)压值并达到一定(ding)的能量限(xian)度而导(dao)致(zhi)的一种(zhong)常(chang)见的失(shi)效模(mo)式(shi)。

下面的图(tu)片(pian)为雪崩测试的等(deng)效原理图(tu)，做为电源工程师可(ke)以简单了解下。

可能(neng)我(wo)(wo)们(men)经常要求(qiu)器(qi)件生产(chan)厂家对我(wo)(wo)们(men)电源(yuan)板(ban)上的(de)MOSFET进行失(shi)(shi)效(xiao)分析，大多数厂家都仅仅给一个EAS.EOS之类(lei)的(de)结论(lun)，那么到底我(wo)(wo)们(men)怎么区分是否是雪(xue)崩失(shi)(shi)效(xiao)呢，下面是一张经过雪(xue)崩测试失(shi)(shi)效(xiao)的(de)器(qi)件图，我(wo)(wo)们(men)可以进行对比从而确(que)定是否是雪(xue)崩失(shi)(shi)效(xiao)。

雪崩失效的预防措施

雪崩(beng)失效归根结底是电压(ya)失效，因此(ci)预防我们着重从电压(ya)来(lai)考虑。具体(ti)可以参考以下的方式(shi)来(lai)处理。

（1）合(he)理降(jiang)额(e)使用，目前行业(ye)内的降(jiang)额(e)一般选取(qu)80%-95%的降(jiang)额(e)，具体(ti)情况根据企业(ye)的保修条款及电路关注点进行选取(qu)。

（2）合理的变压器反射电压。

（3）合理的(de)RCD及TVS吸收电路设计。

（4）大电流(liu)布(bu)(bu)线(xian)尽(jin)量(liang)(liang)采用粗、短的布(bu)(bu)局结(jie)构，尽(jin)量(liang)(liang)减少(shao)布(bu)(bu)线(xian)寄生电感。

（5）选(xuan)择(ze)合理的(de)栅极电阻Rg。

（6）在大功(gong)率电源中，可(ke)以根据需要(yao)适当(dang)的加入(ru)RC减震或(huo)齐纳二极管进行吸收。

二、SOA失效（电流失效）

既超出(chu)MOSFET安全工(gong)作区引起(qi)失效，分为Id超出(chu)器件规(gui)格失效以(yi)及Id过大，损耗过高器件长时间热积累而导(dao)致(zhi)的失效。（重点(dian)分析）

SOA失效(xiao)是指电源在(zai)运行时异常的大电流和电压同时叠加在(zai)MOSFET上面，造成瞬时局部发(fa)热而(er)导(dao)致(zhi)的破坏模式。或者是芯片(pian)与散热器及封装不能及时达到热平衡导(dao)致(zhi)热积累，持续的发(fa)热使温度超过氧化层(ceng)限(xian)制而(er)导(dao)致(zhi)的热击穿模式。

关于(yu)SOA各个线(xian)的(de)参(can)数(shu)限定值可(ke)以(yi)参(can)考下面图片(pian)。

（1）受限于最大额定电(dian)流及脉冲电(dian)流

（2）受限(xian)于最大节温下的RDSON。

（3）受限于器件最大的耗(hao)散功率。

（4）受限(xian)于最大单个脉(mai)冲电(dian)流。

（5）击(ji)穿电压BVDSS限(xian)制区

SOA失效的预防措施

（1）确(que)保在最差(cha)条件下，MOSFET的所(suo)有功(gong)率限(xian)制条件均在SOA限(xian)制线(xian)以(yi)内。

（2）将OCP功(gong)能(neng)一定(ding)要做精确细(xi)致。

在进行OCP点设计时(shi)(shi)，一般可能会取(qu)1.1-1.5倍电流余量的工程师居(ju)多，然后就(jiu)根(gen)据IC的保护(hu)电压(ya)比如(ru)0.7V开始调试(shi)RSENSE电阻。有些有经验的人会将检测延迟时(shi)(shi)间、CISS对(dui)OCP实际的影(ying)响考虑在内。但是(shi)此时(shi)(shi)有个更值得关注的参(can)数，那就(jiu)是(shi)MOSFET的Td（off）。它到底(di)有什么影(ying)响呢(ni)，我们看下(xia)面FLYBACK电流波(bo)形(xing)图（图形(xing)不是(shi)太(tai)清楚(chu)，十分抱歉(qian)，建议双击放大(da)观看）。

从图中可(ke)以看出，电流波形在(zai)快到(dao)电流尖峰时，有(you)(you)个(ge)下跌(die)，这个(ge)下跌(die)点后又(you)有(you)(you)一段的上升(sheng)时间(jian)，这段时间(jian)其本(ben)质就(jiu)(jiu)是(shi)IC在(zai)检测(ce)到(dao)过(guo)(guo)流信号执(zhi)行关(guan)断后，MOSFET本(ben)身也开始执(zhi)行关(guan)断，但是(shi)由于器(qi)件(jian)本(ben)身的关(guan)断延迟，因(yin)此(ci)电流会有(you)(you)个(ge)二次(ci)上升(sheng)平(ping)台，如(ru)果二次(ci)上升(sheng)平(ping)台过(guo)(guo)大，那么在(zai)变压器(qi)余量设(she)计不足时，就(jiu)(jiu)极有(you)(you)可(ke)能产生磁饱和的一个(ge)电流冲(chong)击或者电流超器(qi)件(jian)规(gui)格的一个(ge)失(shi)效(xiao)。

（3）合理的热(re)(re)设计余量(liang)，这个就(jiu)不(bu)多说了(le)，各个企业(ye)都有自(zi)己的降(jiang)额规范，严(yan)格执行就(jiu)可以了(le)，不(bu)行就(jiu)加(jia)散(san)热(re)(re)器(qi)。

三、体二极管失效

在桥式、LLC等(deng)有用到(dao)体二极管进行续(xu)流的(de)(de)拓扑结构中，由于体二极管遭受破坏而(er)导致的(de)(de)失(shi)效。

四、谐振失效

在并(bing)联使用的(de)过(guo)程中，栅极及电(dian)路寄生参数(shu)导(dao)致震荡(dang)引起(qi)的(de)失效。

五、静电失效

在秋(qiu)冬(dong)季节，由于(yu)人体及(ji)设备静电而导致的器件失效。

六、栅极电压失效

由于栅极遭受异常(chang)电压(ya)尖峰，而(er)导(dao)致栅极栅氧层失效(xiao)。

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