插拔电路中MOSFET的要求（击穿电压、安全操作区域、MOS击穿特征）

MOSFET即金氧半场效晶体管，是一种最常见的MOS管，也是构成(cheng)数字集成(cheng)电(dian)(dian)路的基本单元，在(zai)开关(guan)电(dian)(dian)源、马达控制、汽车电(dian)(dian)子、LED灯(deng)具驱动等领域具有广(guang)泛的应(ying)用。

在当电源应(ying)用(yong)(yong)中，当负载突然断开时，电路寄生电感元(yuan)件(jian)上的大电流摆动(dong)会产(chan)生巨大的尖峰电压，对电路上的电子(zi)元(yuan)件(jian)造成十分不利的影响。与电池保护(hu)应(ying)用(yong)(yong)类似，此(ci)处MOSFET可以将输入(ru)电源与其他电路隔离开来。但此(ci)时，MOSFET的作用(yong)(yong)并(bing)不是(shi)立即(ji)断开输入(ru)与输出之间的连接，而(er)是(shi)减轻那些具有破坏(huai)力的(de)(de)浪(lang)涌(yong)电(dian)(dian)流带(dai)来的(de)(de)严(yan)重后果。这需(xu)要通过(guo)一个(ge)控(kong)制(zhi)器(qi)来调(diao)节输入电(dian)(dian)压(ya)（VIN）和输出(chu)电(dian)(dian)压(ya)（VOUT）之间MOSFET上的(de)(de)栅源偏压(ya)，使MOSFET处于(yu)饱(bao)和状(zhuang)态(tai)，从(cong)而阻止可能通过(guo)的(de)(de)电(dian)(dian)流。

MOSFE的注意事项

当针对(dui)(dui)热插(cha)拔应(ying)用时，对(dui)(dui)于MOSFET在(zai)饱和(he)区工(gong)作的任何情(qing)况，设计(ji)师都可以(yi)使用相同的SOA选择过程(cheng)，甚至可以(yi)为OR-ing应(ying)用、以(yi)太网供电(dian)（PoE）以(yi)及低速开关应(ying)用（如电(dian)机控制）使用相同的MOSFET选择方法，在(zai)MOSFET关断期间，会出现相当高的VDS和(he)IDS的重(zhong)叠。

热(re)(re)(re)插拔是一种倾向于使用(yong)表面贴装MOSFET的应用(yong)，而不是通孔MOSFET（如TO-220或I-PAK封装）。原(yuan)因在于短脉冲持续(xu)时间和(he)热(re)(re)(re)击穿事(shi)件(jian)发生的加(jia)热(re)(re)(re)非常有限。换(huan)句话说，从硅(gui)结到(dao)外壳的电(dian)容热(re)(re)(re)阻元件(jian)可以防止热(re)(re)(re)量快速(su)散(san)失到(dao)电(dian)路板或散(san)热(re)(re)(re)片中以冷却结点。芯(xin)片尺寸的函(han)数 - 结到(dao)外壳的热(re)(re)(re)阻抗（RθJC）很重要(yao)(yao)，但封装、电(dian)路板和(he)系(xi)统(tong)散(san)热(re)(re)(re)环(huan)境的函(han)数 - 结到(dao)环(huan)境热(re)(re)(re)阻抗（RθJA）要(yao)(yao)小得多。出(chu)于同样的原(yuan)因，很难(nan)看到(dao)散(san)热(re)(re)(re)片用(yong)于这些应用(yong)。

设计人员经常假定目录中(zhong)较(jiao)低(di)电阻(zu)的(de)(de)(de)MOSFET将(jiang)具(ju)有(you)较(jiao)强的(de)(de)(de)SOA。这(zhei)背后的(de)(de)(de)逻辑是 - 在相同的(de)(de)(de)硅(gui)(gui)片(pian)生产中(zhong)较(jiao)低(di)的(de)(de)(de)电阻(zu)通常表明封装内部(bu)有(you)较(jiao)大的(de)(de)(de)硅(gui)(gui)芯片(pian)，这(zhei)确实产生了(le)更好的(de)(de)(de)SOA性能(neng)和(he)更低(di)的(de)(de)(de)结至外壳热(re)阻(zu)抗(kang)。然而，随着硅(gui)(gui)片(pian)的(de)(de)(de)更新迭代(dai)提(ti)高(gao)了(le)单(dan)位面积(ji)电阻(zu)（RSP），硅(gui)(gui)片(pian)也(ye)倾向于增加电池密(mi)度。硅(gui)(gui)芯片(pian)内部(bu)的(de)(de)(de)单(dan)元结构越密(mi)集，芯片(pian)越容易(yi)发生热(re)击(ji)穿。这(zhei)就是为什(shen)么具(ju)有(you)更高(gao)电阻(zu)的(de)(de)(de)旧一代(dai)FET有(you)时也(ye)具(ju)有(you)更好SOA性能(neng)的(de)(de)(de)原因。

MOSFET要如何选择

首(shou)先要为(wei)MOSFET考虑(lv)的(de)是选(xuan)择(ze)合适的(de)击穿电压，一般为(wei)较大输入(ru)电压的(de)1.5到2倍。例(li)如，12V系(xi)统通(tong)常为(wei)25V或(huo)30V MOSFET，而48V系(xi)统通(tong)常为(wei)100V或(huo)在(zai)某些情(qing)况(kuang)下达(da)到150V MOSFET。

下一个(ge)考(kao)虑因素应该(gai)是MOSFET的安全工作区(qu)（SOA），如(ru)数据(ju)(ju)表中(zhong)的一条(tiao)曲线。它特别有助于指示MOSFET在短时(shi)功率浪涌期间(jian)是如(ru)何(he)影响热(re)击穿的，这与在热(re)插(cha)拔应用中(zhong)必须吸(xi)收(shou)的情(qing)况并无二致。由于安全操作区(qu)域(yu)（SOA）是进行适(shi)当选择(ze)重要的标准，请参照(zhao)了解MOSFET数据(ju)(ju)表-SOA图，该(gai)文详细介绍TI如(ru)何(he)进行测量(liang)，然后生(sheng)成(cheng)设备数据(ju)(ju)表中(zhong)显(xian)示的MOSFET的SOA。

对于设计师(shi)而(er)言，关键(jian)的问题是FET可(ke)能(neng)会经受的较大浪(lang)(lang)涌(yong)电流（或预计会限制到输出(chu)）是多(duo)大，以及这种(zhong)浪(lang)(lang)涌(yong)会持续多(duo)久。了解了这些(xie)信息，就可(ke)以相对简单地(di)在设备数据表的SOA图上查找相应的电流和电压差。

例如，如果(guo)设(she)计(ji)输(shu)入电压为48V，并且希望在8ms内(nei)限制输(shu)出电流不超(chao)过2A，设(she)计(ji)师可以(yi)参考CSD19532KTT、CSD19535KTT和CSD19536KTT SOA的(de)10ms曲线，并推断出后两种设(she)备可能(neng)行得(de)通，而CSD19532KTT则不行。由于CSD19535KTT已经拥有(you)足够(gou)余量，对此种应用来(lai)说，更昂贵的(de)CSD19536KTT可能(neng)提供过高(gao)的(de)性能(neng)。

假定环(huan)境温度为(wei)25?C，与在数据表上测量(liang)SOA的情况相(xiang)同。由于最(zui)终(zhong)应用可能暴露于更热的环(huan)境中，所以必须按(an)照环(huan)境温度与MOSFET较(jiao)大结温之(zhi)比(bi)，按(an)比(bi)例(li)为(wei)SOA降(jiang)额。例(li)如，最(zui)终(zhong)系统的较(jiao)高环(huan)境温度是70?C，可以使用SOA曲线降(jiang)额公式为(wei)SOA曲线降(jiang)额。

在这(zhei)种情况(kuang)下，CSD19535KTT的10ms，48V能力将从(cong)2.5A降至1.8A。由(you)此(ci)推断出(chu)特定(ding)的MOSFET可(ke)能不再适合该应用(yong)，从(cong)而设(she)计师应该改(gai)选CSD19536KTT。

值得(de)注意的(de)(de)是，这种(zhong)降(jiang)额(e)方法假设(she)MOSFET恰好在较大结温下发(fa)生(sheng)故障，虽然通常不会(hui)如此(ci)。假设(she)在SOA测(ce)试中测(ce)得(de)的(de)(de)失效点实际上发(fa)生(sheng)在200?C或其(qi)他任(ren)意较高温度下，计算(suan)的(de)(de)降(jiang)额(e)将更接近统(tong)一。也就是说，这种(zhong)降(jiang)额(e)方法的(de)(de)计算(suan)不是保守的(de)(de)算(suan)法。

SOA还(hai)将决定MOSFET封(feng)装(zhuang)类型(xing)。D2PAK封(feng)装(zhuang)可以容纳(na)大型(xing)硅芯片(pian)，所以它们在更(geng)高功(gong)率的(de)应用中非常(chang)流(liu)行。较(jiao)小的(de)5mm×6mm和3.3mm×3.3mm四方扁平(ping)无引线（QFN）封(feng)装(zhuang)更(geng)适(shi)合低功(gong)率应用。为抵(di)御(yu)小于5-10A的(de)浪(lang)涌电流(liu)，MOSFET通常(chang)与控制器集成在一起。

MOS管击穿特征

（1）穿通击穿的(de)(de)击穿点软(ruan)，击穿过程中，电流(liu)有(you)逐步增大(da)的(de)(de)特征(zheng)，这是因为耗(hao)(hao)尽(jin)层(ceng)扩展较(jiao)宽，产生(sheng)电流(liu)较(jiao)大(da)。另一方面，耗(hao)(hao)尽(jin)层(ceng)展宽大(da)容易发(fa)生(sheng)DIBL效应，使源(yuan)衬底结(jie)正偏出现(xian)电流(liu)逐步增大(da)的(de)(de)特征(zheng)。

（2）穿通击穿的(de)软(ruan)击穿点发(fa)生(sheng)在源漏的(de)耗尽(jin)层相接时(shi)，此时(shi)源端的(de)载(zai)流子注入到耗尽(jin)层中，被耗尽层中的(de)电(dian)(dian)场加(jia)速达到漏端，因(yin)此，穿(chuan)(chuan)通(tong)击(ji)穿(chuan)(chuan)的(de)电(dian)(dian)流(liu)也有急剧增(zeng)大(da)点，这个电(dian)(dian)流(liu)的(de)急剧增(zeng)大(da)和雪(xue)崩击(ji)穿(chuan)(chuan)时(shi)电(dian)(dian)流(liu)急剧增(zeng)大(da)不同，这时(shi)的(de)电(dian)(dian)流(liu)相当于(yu)源(yuan)衬底(di)PN结(jie)正向导通(tong)时(shi)的(de)电(dian)(dian)流(liu)，而雪(xue)崩击(ji)穿(chuan)(chuan)时(shi)的(de)电(dian)(dian)流(liu)主(zhu)要为PN结(jie)反向击(ji)穿(chuan)(chuan)时(shi)的(de)雪(xue)崩电(dian)(dian)流(liu)，如不作限流(liu)，雪(xue)崩击(ji)穿(chuan)(chuan)的(de)电(dian)(dian)流(liu)要大(da)。

（3）穿(chuan)(chuan)(chuan)通(tong)击穿(chuan)(chuan)(chuan)一般不会(hui)出现破坏性(xing)击穿(chuan)(chuan)(chuan)。因为穿(chuan)(chuan)(chuan)通(tong)击穿(chuan)(chuan)(chuan)场强没(mei)有达到(dao)雪崩击穿(chuan)(chuan)(chuan)的(de)场强，不会(hui)产生大量电子空(kong)穴对。

（4）穿(chuan)通击(ji)穿(chuan)一(yi)(yi)般发生在(zai)沟道体内，沟道表面不容易发生穿(chuan)通，这主要是由(you)于沟道注(zhu)入使表面浓度比浓度大造(zao)成，所以，对NMOS管(guan)一(yi)(yi)般都有(you)防穿(chuan)通注(zhu)入。

（5）一般的(de)，鸟嘴(zui)边缘(yuan)的(de)浓(nong)度比(bi)沟道中间浓(nong)度大，所以(yi)穿通击穿一般发生在沟道中间。

（6）多晶栅(zha)长度对穿(chuan)通(tong)击穿(chuan)是有(you)影(ying)响的，随着栅(zha)长度增(zeng)加，击穿(chuan)增(zeng)大。而对雪崩击穿(chuan)，严格来(lai)说也(ye)有(you)影(ying)响，但是没(mei)有(you)那么显著。

联系方式(shi)：邹(zou)先生

联系电(dian)话：0755-83888366-8022

手(shou)机：18123972950

QQ：2880195519

联系地址：深圳市福田区车公庙天(tian)安数码城天(tian)吉大厦CD座5C1

请搜微信公众(zhong)(zhong)号:“KIA半导体”或扫一(yi)扫下图“关注”官方微信公众(zhong)(zhong)号

请“关(guan)注”官方微信公(gong)众号:提(ti)供 MOS管 技术帮助(zhu)