mos管失效模式分析-MOS管失效的几大原因总结及详解

mos管失效模式分析-MOS管失效的几大原因总结

MOS管失(shi)效(xiao)的原因如下：

1：雪崩失(shi)效(xiao)（电压(ya)(ya)失(shi)效(xiao)），也就是我们常说的漏源间的BVdss电压(ya)(ya)超过(guo)MOSFET的额定电压(ya)(ya)，并(bing)且超过(guo)达到(dao)了(le)一定的能力(li)从而导致(zhi)MOSFET失(shi)效(xiao)。

2：SOA失(shi)效(xiao)（电流失(shi)效(xiao)），既超出MOSFET安(an)全工作区引起(qi)失(shi)效(xiao)，分为Id超出器件规格失(shi)效(xiao)以及Id过大(da)，损(sun)耗过高器件长时间热(re)积累而(er)导致的失(shi)效(xiao)。

3：体(ti)(ti)二(er)极管(guan)失效：在桥式(shi)、LLC等(deng)有用(yong)到体(ti)(ti)二(er)极管(guan)进行续流的(de)拓扑结(jie)构中，由于体(ti)(ti)二(er)极管(guan)遭受(shou)破坏而导致的(de)失效。

4：谐(xie)振失(shi)(shi)效：在并联使(shi)用的过程中，栅极及(ji)电路寄生参(can)数导致震荡引起的失(shi)(shi)效。

5：静(jing)电失效：在秋冬季(ji)节，由于人体及设备静(jing)电而导致的器件失效。

6：栅极电压失效：由于栅极遭受(shou)异常(chang)电压尖峰，而导致栅极栅氧层失效。

mos管失效模式分析-雪崩失效、SOA失效重点分析

（一）mos管失效模式分析-雪崩失效分析（电压失效）

到(dao)底什(shen)么是(shi)雪崩失(shi)效呢，简单来说(shuo)MOSFET在电源(yuan)(yuan)板上由于母线电压(ya)、变压(ya)器反射电压(ya)、漏感尖峰电压(ya)等(deng)等(deng)系统(tong)电压(ya)叠加在MOSFET漏源(yuan)(yuan)之间，导(dao)致的(de)一种(zhong)失(shi)效模式(shi)。简而言之就(jiu)是(shi)由于就(jiu)是(shi)MOSFET漏源(yuan)(yuan)极的(de)电压(ya)超(chao)过其规定电压(ya)值并达(da)到(dao)一定的(de)能(neng)量限度(du)而导(dao)致的(de)一种(zhong)常见的(de)失(shi)效模式(shi)。

下面的(de)图(tu)片为雪崩测试(shi)的(de)等效原理图(tu)，做(zuo)为电源工程师可以(yi)简单了解下。

可(ke)能(neng)我(wo)(wo)们(men)经常要求器件(jian)生产厂家对我(wo)(wo)们(men)电源板上的(de)MOSFET进行(xing)(xing)失(shi)效(xiao)分(fen)析(xi)，大多数(shu)厂家都仅仅给一(yi)个EAS.EOS之类的(de)结论，那么(me)到底(di)我(wo)(wo)们(men)怎么(me)区分(fen)是否(fou)是雪(xue)崩(beng)失(shi)效(xiao)呢，下面是一(yi)张经过(guo)雪(xue)崩(beng)测(ce)试(shi)失(shi)效(xiao)的(de)器件(jian)图，我(wo)(wo)们(men)可(ke)以(yi)进行(xing)(xing)对比从而确定(ding)是否(fou)是雪(xue)崩(beng)失(shi)效(xiao)。

雪崩失效的预防措施

雪崩失(shi)效(xiao)归根结(jie)底是电压失(shi)效(xiao)，因此(ci)预防(fang)我们着(zhe)重从(cong)电压来(lai)(lai)考虑(lv)。具体可(ke)以(yi)参考以(yi)下(xia)的方式来(lai)(lai)处理。

1：合理降额(e)(e)使用，目前行业内(nei)的降额(e)(e)一般选取(qu)80%-95%的降额(e)(e)，具体情况根(gen)据企业的保修条(tiao)款(kuan)及电路关注点进行选取(qu)。

2：合(he)理的变压器反射电压。

3：合理的RCD及TVS吸收电路设计。

4：大电流布线尽(jin)量采用粗、短(duan)的布局(ju)结构，尽(jin)量减少布线寄生电感。

5：选择合理(li)的栅极电阻Rg。

6：在大(da)功率电源中(zhong)，可以根据(ju)需要(yao)适当的加入RC减(jian)震或齐纳(na)二(er)极管进行吸收(shou)。

（二）mos管失效模式分析-SOA失效（电流失效）

再简(jian)单说下(xia)第二点，SOA失(shi)效

SOA失效是指电源(yuan)在运行时(shi)异常的(de)大电流和(he)电压(ya)同时(shi)叠加(jia)在MOSFET上面，造(zao)成瞬时(shi)局部发热(re)(re)而导(dao)致的(de)破坏模式。或者是芯片与散热(re)(re)器及封装不能及时(shi)达到热(re)(re)平衡导(dao)致热(re)(re)积累(lei)，持续的(de)发热(re)(re)使温度超过氧化层限制而导(dao)致的(de)热(re)(re)击穿模式。

关于SOA各个线(xian)的参数限定值(zhi)可以参考下面(mian)图(tu)片。

1：受限于(yu)最(zui)大额(e)定电流及脉冲电流

2：受限于最大节温下(xia)的RDSON。

3：受限于器(qi)件最大的耗(hao)散(san)功(gong)率。

4：受限于最大单个脉冲电流。

5：击(ji)穿(chuan)电压BVDSS限制区

我们电(dian)源上的(de)MOSFET，只要保证能器件(jian)处于上面限制(zhi)区的(de)范围内，就能有(you)效(xiao)的(de)规避由于MOSFET而导致的(de)电(dian)源失效(xiao)问题的(de)产(chan)生。

这个(ge)是(shi)一(yi)个(ge)非典型(xing)的(de)SOA导致(zhi)失效的(de)一(yi)个(ge)解刨(bao)图，由(you)于去过(guo)铝，可能看起来不那(nei)么直接，参考下。

SOA失效的预防措施

1：确保在最差(cha)条件下，MOSFET的所有功(gong)率(lv)限制条件均在SOA限制线(xian)以内(nei)。

2：将(jiang)OCP功能一定要(yao)做精(jing)确细致。

在进行OCP点设计时(shi)，一般可(ke)能会取1.1-1.5倍电(dian)流(liu)余量的(de)(de)工(gong)程师居多，然后就根据IC的(de)(de)保护(hu)电(dian)压比如0.7V开始调试RSENSE电(dian)阻(zu)。有些有经(jing)验的(de)(de)人会将检测延迟时(shi)间、CISS对OCP实际的(de)(de)影(ying)响考(kao)虑在内。但是(shi)此时(shi)有个更值得关注的(de)(de)参数，那就是(shi)MOSFET的(de)(de)Td（off）。它到底有什么(me)影(ying)响呢，我们看下面FLYBACK电(dian)流(liu)波形(xing)图。

从图中可以看出，电(dian)流(liu)(liu)(liu)波形在(zai)快到(dao)电(dian)流(liu)(liu)(liu)尖(jian)峰(feng)时(shi)，有(you)(you)个(ge)(ge)下(xia)跌，这个(ge)(ge)下(xia)跌点后(hou)又有(you)(you)一(yi)(yi)段(duan)的(de)(de)上升时(shi)间(jian)(jian)，这段(duan)时(shi)间(jian)(jian)其本(ben)质就(jiu)是IC在(zai)检测(ce)到(dao)过(guo)流(liu)(liu)(liu)信号执行关断(duan)后(hou)，MOSFET本(ben)身(shen)也开始执行关断(duan)，但是由于器件(jian)本(ben)身(shen)的(de)(de)关断(duan)延(yan)迟，因此(ci)电(dian)流(liu)(liu)(liu)会有(you)(you)个(ge)(ge)二(er)次上升平台，如果(guo)二(er)次上升平台过(guo)大，那么在(zai)变(bian)压器余量设计不足时(shi)，就(jiu)极有(you)(you)可能产生磁(ci)饱(bao)和的(de)(de)一(yi)(yi)个(ge)(ge)电(dian)流(liu)(liu)(liu)冲(chong)击或者电(dian)流(liu)(liu)(liu)超器件(jian)规格(ge)的(de)(de)一(yi)(yi)个(ge)(ge)失(shi)效。

3：合理的(de)热(re)(re)设计余量，这个就不多(duo)说了，各个企业都有自己的(de)降(jiang)额(e)规(gui)范，严格执行就可以(yi)了，不行就加散热(re)(re)器。

MOS管发热分析

1.电路设(she)计的问题，就是让MOS管(guan)工作(zuo)在线性(xing)的工作(zuo)状态，而不是在开关(guan)状态。这也(ye)是导致MOS管(guan)发(fa)热的一个原因(yin)。如(ru)果N-MOS做开关(guan)，G级(ji)电压(ya)要(yao)比(bi)电源(yuan)高几V，才(cai)能完全导通，P-MOS则(ze)相反。没有(you)完全打(da)开而压(ya)降(jiang)(jiang)过大(da)(da)(da)造成功(gong)率消耗(hao)(hao)，等(deng)效直流(liu)阻抗(kang)比(bi)较大(da)(da)(da)，压(ya)降(jiang)(jiang)增大(da)(da)(da)，所以(yi)U*I也(ye)增大(da)(da)(da)，损耗(hao)(hao)就意味着(zhe)发(fa)热。这是设(she)计电路的最忌讳的错误。

2.频率(lv)太高(gao)，主要是有时(shi)过分(fen)追求体(ti)积，导致频率(lv)提高(gao)，MOS管上的(de)损耗增大了，所(suo)以发热(re)也加大了。

3.没有做好足(zu)够的散(san)热设计，电(dian)流(liu)太高，MOS管标称的电(dian)流(liu)值(zhi)，一般需(xu)要良好的散(san)热才能达到(dao)。所以ID小(xiao)于最大电(dian)流(liu)，也(ye)可能发热严(yan)重，需(xu)要足(zu)够的辅助(zhu)散(san)热片。

4.MOS管的(de)选型有误(wu)，对功(gong)率判断有误(wu)，MOS管内(nei)阻没有充(chong)分考虑，导致(zhi)开关阻抗增大。

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