MOS管工作原理

MOS管(guan)定义

MOS管学名是场效应管，是金属-氧化物-半导体型场效应管，属于绝缘栅型。

其结构示意图：

结构示意图解析

1）沟道

上面(mian)图中，下边的p型中间一(yi)个窄长条就是(shi)(shi)沟道(dao)，使得(de)左右两块P型极连在一(yi)起，因此mos管(guan)导通后是(shi)(shi)电阻特性(xing)，因此它的一(yi)个重要(yao)参数就是(shi)(shi)导通电阻，选(xuan)用mos管(guan)必须清(qing)楚这(zhei)个参数是(shi)(shi)否符合需求(qiu)。

2）n型

上图表示的(de)是p型(xing)mos管，读者可(ke)以依(yi)据此(ci)图理解n型(xing)的(de)，都是反过(guo)来即可(ke)。因此(ci)，不难(nan)理解，n型(xing)的(de)如图在栅极加正压会导致导通，而p型(xing)的(de)相反。

3）增强型

相对于(yu)耗尽型(xing)(xing)，增强(qiang)(qiang)型(xing)(xing)是(shi)(shi)(shi)(shi)通(tong)过“加(jia)(jia)厚”导电(dian)(dian)沟(gou)道的厚度来(lai)导通(tong)，如图(tu)。栅极(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya)越(yue)(yue)低(di)(di)，则p型(xing)(xing)源、漏(lou)极(ji)的正(zheng)(zheng)离(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)就(jiu)(jiu)越(yue)(yue)靠(kao)近中间，n衬底的负(fu)离(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)就(jiu)(jiu)越(yue)(yue)远离(li)(li)(li)(li)栅极(ji)，栅极(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya)达到(dao)一(yi)(yi)个(ge)值(zhi)，叫(jiao)阀值(zhi)或坎压(ya)(ya)时(shi)，由p型(xing)(xing)游离(li)(li)(li)(li)出来(lai)的正(zheng)(zheng)离(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)连在(zai)一(yi)(yi)起，形成通(tong)道，就(jiu)(jiu)是(shi)(shi)(shi)(shi)图(tu)示(shi)效(xiao)果。因此(ci)，容易理(li)解，栅极(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya)必(bi)须低(di)(di)到(dao)一(yi)(yi)定(ding)程(cheng)度才能导通(tong)，电(dian)(dian)压(ya)(ya)越(yue)(yue)低(di)(di)，通(tong)道越(yue)(yue)厚，导通(tong)电(dian)(dian)阻(zu)越(yue)(yue)小(xiao)。由于(yu)电(dian)(dian)场的强(qiang)(qiang)度与距离(li)(li)(li)(li)平(ping)(ping)方成正(zheng)(zheng)比(bi)，因此(ci)，电(dian)(dian)场强(qiang)(qiang)到(dao)一(yi)(yi)定(ding)程(cheng)度之(zhi)后，电(dian)(dian)压(ya)(ya)下降引起的沟(gou)道加(jia)(jia)厚就(jiu)(jiu)不(bu)(bu)明显了(le)，也是(shi)(shi)(shi)(shi)因为n型(xing)(xing)负(fu)离(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)的“退让”是(shi)(shi)(shi)(shi)越(yue)(yue)来(lai)越(yue)(yue)难的。耗尽型(xing)(xing)的是(shi)(shi)(shi)(shi)事先做出一(yi)(yi)个(ge)导通(tong)层，用栅极(ji)来(lai)加(jia)(jia)厚或者减(jian)薄来(lai)控制源漏(lou)的导通(tong)。但这(zhei)种管(guan)子(zi)(zi)一(yi)(yi)般(ban)不(bu)(bu)生产，在(zai)市面基本见不(bu)(bu)到(dao)。所以，大(da)家平(ping)(ping)时(shi)说mos管(guan)，就(jiu)(jiu)默认是(shi)(shi)(shi)(shi)增强(qiang)(qiang)型(xing)(xing)的。

4）左右对称

图示左(zuo)右(you)是(shi)(shi)对(dui)称(cheng)的(de)，难免(mian)会有人问怎么区分(fen)源(yuan)极(ji)(ji)(ji)和(he)(he)漏(lou)极(ji)(ji)(ji)呢(ni)？其(qi)实原理上，源(yuan)极(ji)(ji)(ji)和(he)(he)漏(lou)极(ji)(ji)(ji)确实是(shi)(shi)对(dui)称(cheng)的(de)，是(shi)(shi)不区分(fen)的(de)。但(dan)在(zai)实际应用中，厂家(jia)一般在(zai)源(yuan)极(ji)(ji)(ji)和(he)(he)漏(lou)极(ji)(ji)(ji)之间连接一个(ge)二极(ji)(ji)(ji)管，起(qi)保(bao)护作用，正是(shi)(shi)这个(ge)二极(ji)(ji)(ji)管决定了(le)(le)源(yuan)极(ji)(ji)(ji)和(he)(he)漏(lou)极(ji)(ji)(ji)，这样(yang)，封装也就固定了(le)(le)，便于实用。我的(de)老师年轻时(shi)用过不带二极(ji)(ji)(ji)管的(de)mos管。非常容易被(bei)静电击(ji)穿(chuan)，平时(shi)要放在(zai)铁质罐子(zi)里，它(ta)的(de)源(yuan)极(ji)(ji)(ji)和(he)(he)漏(lou)极(ji)(ji)(ji)就是(shi)(shi)随便接。

5）金属氧化物膜

图中有指示，这个(ge)(ge)膜(mo)是绝缘的，用来(lai)电(dian)气隔离，使得(de)栅极(ji)只能(neng)(neng)形成电(dian)场，不能(neng)(neng)通(tong)过直流(liu)(liu)电(dian)，因此是用电(dian)压控制的。在(zai)直流(liu)(liu)电(dian)气上，栅极(ji)和(he)源漏(lou)极(ji)是断路。不难理解，这个(ge)(ge)膜(mo)越(yue)(yue)薄：电(dian)场作(zuo)用越(yue)(yue)好、坎压越(yue)(yue)小、相同栅极(ji)电(dian)压时导(dao)通(tong)能(neng)(neng)力(li)越(yue)(yue)强。坏处是：越(yue)(yue)容易击穿、工艺制作(zuo)难度越(yue)(yue)大而价格越(yue)(yue)贵。例如导(dao)通(tong)电(dian)阻在(zai)欧(ou)姆(mu)级的，1角人民币左(zuo)右(you)买一个(ge)(ge)，而2402等(deng)在(zai)十毫欧(ou)级的，要(yao)2元多（批量买。零(ling)售是4元左(zuo)右(you)）。

6）与实物的区别

上(shang)图仅仅是原理性的，实际(ji)的元件(jian)增加了(le)源(yuan)(yuan)-漏之间跨接的保护二极(ji)管(guan)，从(cong)而区分了(le)源(yuan)(yuan)极(ji)和(he)漏极(ji)。实际(ji)的元件(jian)，p型的，衬底是接正电(dian)源(yuan)(yuan)的，使得栅极(ji)预(yu)先成为相对负(fu)电(dian)压(ya)，因(yin)此p型的管(guan)子，栅极(ji)不用加负(fu)电(dian)压(ya)了(le)，接地就能(neng)保证导(dao)(dao)通。相当于预(yu)先形成了(le)不能(neng)导(dao)(dao)通的沟道，严格讲(jiang)应该是耗尽(jin)型了(le)。好处是明显的，应用时抛(pao)开了(le)负(fu)电(dian)压(ya)。

7）寄生电容

上(shang)(shang)图(tu)的(de)栅极(ji)(ji)通过(guo)金属(shu)氧化物与(yu)衬(chen)底形(xing)(xing)成一个(ge)电(dian)容(rong)，越(yue)是(shi)高(gao)(gao)(gao)品(pin)质的(de)mos，膜越(yue)薄(bo)，寄生(sheng)(sheng)电(dian)容(rong)越(yue)大，经常(chang)mos管的(de)寄生(sheng)(sheng)电(dian)容(rong)达(da)到nF级。这(zhei)(zhei)个(ge)参(can)数(shu)是(shi)mos管选择时(shi)至关重要(yao)(yao)的(de)参(can)数(shu)之(zhi)一，必须考虑清(qing)楚。Mos管用(yong)于控制大电(dian)流(liu)(liu)(liu)通断(duan)，经常(chang)被要(yao)(yao)求数(shu)十K乃(nai)至数(shu)M的(de)开关频(pin)率(lv)，在(zai)这(zhei)(zhei)种用(yong)途中(zhong)，栅极(ji)(ji)信号具有(you)交(jiao)(jiao)流(liu)(liu)(liu)特征，频(pin)率(lv)越(yue)高(gao)(gao)(gao)，交(jiao)(jiao)流(liu)(liu)(liu)成分越(yue)大，寄生(sheng)(sheng)电(dian)容(rong)就(jiu)能通过(guo)交(jiao)(jiao)流(liu)(liu)(liu)电(dian)流(liu)(liu)(liu)的(de)形(xing)(xing)式通过(guo)电(dian)流(liu)(liu)(liu)，形(xing)(xing)成栅极(ji)(ji)电(dian)流(liu)(liu)(liu)。消耗的(de)电(dian)能、产生(sheng)(sheng)的(de)热量不可(ke)忽视，甚至成为(wei)主(zhu)要(yao)(yao)问题。为(wei)了追求高(gao)(gao)(gao)速，需要(yao)(yao)强大的(de)栅极(ji)(ji)驱(qu)动，也是(shi)这(zhei)(zhei)个(ge)道理。试想，弱驱(qu)动信号瞬(shun)间(jian)变(bian)为(wei)高(gao)(gao)(gao)电(dian)平，但(dan)是(shi)为(wei)了“灌满”寄生(sheng)(sheng)电(dian)容(rong)需要(yao)(yao)时(shi)间(jian)，就(jiu)会产生(sheng)(sheng)上(shang)(shang)升(sheng)沿变(bian)缓，对开关频(pin)率(lv)形(xing)(xing)成重大威胁直至不能工作。

8）如何工作在放大区

Mos管也能工作在放大区(qu)，而且很常见。做镜像电(dian)流源(yuan)、运放、反馈控制等，都是(shi)利用mos管工作在放大区(qu)，由于(yu)mos管的特性，当沟道处(chu)于(yu)似通非通时，栅极(ji)电(dian)压直(zhi)接影响沟道的导电(dian)能力(li)，呈现一定的线性关系。由于(yu)栅极(ji)与(yu)源(yuan)漏隔离，因此其输入阻(zu)抗可视为无穷大，当然(ran)，随频(pin)率增(zeng)加阻(zu)抗就(jiu)越(yue)(yue)来(lai)越(yue)(yue)小，一定频(pin)率时，就(jiu)变得(de)不可忽视。这(zhei)(zhei)个高(gao)阻(zu)抗特点(dian)被广(guang)泛用于(yu)运放，运放分(fen)析的虚连、虚断两个重要原则就(jiu)是(shi)基(ji)于(yu)这(zhei)(zhei)个特点(dian)。这(zhei)(zhei)是(shi)三极(ji)管不可比拟的。

9）mos管发热原因

Mos管(guan)发(fa)热(re)，主(zhu)(zhu)要(yao)原(yuan)因之一(yi)(yi)(yi)是寄生(sheng)电(dian)容在频繁开启关(guan)闭时(shi)(shi)，显现交流特性而具有(you)阻抗，形(xing)成电(dian)流。有(you)电(dian)流就有(you)发(fa)热(re)，并非电(dian)场型的(de)就没有(you)电(dian)流。另一(yi)(yi)(yi)个(ge)原(yuan)因是当(dang)栅(zha)极电(dian)压(ya)爬升缓慢时(shi)(shi)，导(dao)(dao)通(tong)状态要(yao)“路过”一(yi)(yi)(yi)个(ge)由(you)关(guan)闭到导(dao)(dao)通(tong)的(de)临界点，这(zhei)时(shi)(shi)，导(dao)(dao)通(tong)电(dian)阻很大，发(fa)热(re)比较厉害。第(di)(di)三个(ge)原(yuan)因是导(dao)(dao)通(tong)后(hou)，沟(gou)道(dao)有(you)电(dian)阻，过主(zhu)(zhu)电(dian)流，形(xing)成发(fa)热(re)。主(zhu)(zhu)要(yao)考(kao)虑的(de)发(fa)热(re)是第(di)(di)1和第(di)(di)3点。许(xu)多mos管(guan)具有(you)结温过高保(bao)护，所谓(wei)结温就是金属氧化(hua)膜下面的(de)沟(gou)道(dao)区域(yu)温度，一(yi)(yi)(yi)般是150摄氏(shi)度。超过此温度，mos管(guan)不(bu)可能导(dao)(dao)通(tong)。温度下降就恢复。要(yao)注意这(zhei)种保(bao)护状态的(de)后(hou)果。

mos管选型四要领

1）用N沟道orP沟道

选择(ze)好MOS管(guan)器件(jian)的(de)第一步(bu)是(shi)决定(ding)采(cai)(cai)(cai)用(yong)N沟(gou)(gou)道还是(shi)P沟(gou)(gou)道MOS管(guan)。在典型(xing)的(de)功率(lv)应用(yong)中，当(dang)(dang)一个MOS管(guan)接地(di)，而负载连接到干线(xian)电(dian)压(ya)上时，该(gai)MOS管(guan)就(jiu)构成了低压(ya)侧开(kai)(kai)关(guan)。在低压(ya)侧开(kai)(kai)关(guan)中，应采(cai)(cai)(cai)用(yong)N沟(gou)(gou)道MOS管(guan)，这(zhei)是(shi)出于(yu)对关(guan)闭或导通器件(jian)所(suo)需电(dian)压(ya)的(de)考虑。当(dang)(dang)MOS管(guan)连接到总线(xian)及(ji)负载接地(di)时，就(jiu)要用(yong)高压(ya)侧开(kai)(kai)关(guan)。通常会在这(zhei)个拓扑中采(cai)(cai)(cai)用(yong)P沟(gou)(gou)道MOS管(guan)，这(zhei)也(ye)是(shi)出于(yu)对电(dian)压(ya)驱动的(de)考虑。

2）确定MOS管的额定电流

该额定电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)应是(shi)负载(zai)在所有情况下能够承受的最大(da)电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)。与(yu)电(dian)(dian)(dian)压的情况相似，确(que)保所选的MOS管能承受这个(ge)额定电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)，即使(shi)在系统产生(sheng)尖峰(feng)(feng)(feng)电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)时(shi)。两个(ge)考虑(lv)的电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)情况是(shi)连续(xu)模(mo)式(shi)和(he)脉冲尖峰(feng)(feng)(feng)。在连续(xu)导通(tong)模(mo)式(shi)下，MOS管处于稳态(tai)，此时(shi)电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)连续(xu)通(tong)过(guo)器(qi)件。脉冲尖峰(feng)(feng)(feng)是(shi)指有大(da)量电(dian)(dian)(dian)涌(或尖峰(feng)(feng)(feng)电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu))流(liu)(liu)过(guo)器(qi)件。一(yi)旦确(que)定了这些条件下的最大(da)电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)，只需(xu)直(zhi)接选择(ze)能承受这个(ge)最大(da)电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)的器(qi)件便(bian)可。

3）选择MOS管的下一步是系统的散热要求

须考虑(lv)两种不同(tong)的(de)情(qing)况，即(ji)最坏(huai)情(qing)况和真实情(qing)况。建议采用针对最坏(huai)情(qing)况的(de)计算结(jie)果，因(yin)为这个结(jie)果提供更大的(de)安全余量，能确保系统不会失效。

4）选择MOS管的最后一步是决定MOS管的开关性能

影响开(kai)(kai)关(guan)(guan)性能(neng)的(de)参数有很(hen)多，但最重要的(de)是栅极(ji)/漏极(ji)、栅极(ji)/源(yuan)(yuan)极(ji)及(ji)漏极(ji)/源(yuan)(yuan)极(ji)电容(rong)。这些(xie)电容(rong)会在(zai)(zai)器(qi)件中产生开(kai)(kai)关(guan)(guan)损(sun)(sun)耗，因(yin)(yin)为(wei)在(zai)(zai)每次开(kai)(kai)关(guan)(guan)时都(dou)要对(dui)它们(men)充电。MOS管(guan)的(de)开(kai)(kai)关(guan)(guan)速度因(yin)(yin)此被降低，器(qi)件效率也下降。为(wei)计(ji)算开(kai)(kai)关(guan)(guan)过程中器(qi)件的(de)总损(sun)(sun)耗，要计(ji)算开(kai)(kai)通过程中的(de)损(sun)(sun)耗(Eon)和关(guan)(guan)闭过程中的(de)损(sun)(sun)耗(Eoff)。

了解了MOS管(guan)(guan)的(de)(de)(de)选(xuan)取(qu)(qu)法(fa)则(ze)，那么工(gong)程师们选(xuan)择的(de)(de)(de)时(shi)候就可以(yi)通过(guo)这些法(fa)则(ze)去(qu)选(xuan)取(qu)(qu)所(suo)要的(de)(de)(de)MOS管(guan)(guan)了，从而(er)让整(zheng)个电路(lu)工(gong)作能顺利进行下去(qu)。不会(hui)因为MOS管(guan)(guan)的(de)(de)(de)不合适而(er)影响后面的(de)(de)(de)各项工(gong)作和事宜。

失效6因果

MOS失效原因：

1）雪(xue)崩(beng)失效(xiao)(xiao)(电压(ya)失效(xiao)(xiao))，也就是(shi)我们常说的(de)漏源间(jian)的(de)BVdss电压(ya)超过MOSFET的(de)额定电压(ya)，并且超过达(da)到了一定的(de)能力从而导致MOSFET失效(xiao)(xiao)。

2）SOA失效(xiao)(电流失效(xiao))，既超(chao)出(chu)MOSFET安全工(gong)作区(qu)引起失效(xiao)，分为Id超(chao)出(chu)器件规格失效(xiao)以及Id过大，损耗(hao)过高器件长时间(jian)热积累而导(dao)致的失效(xiao)。

3）体二(er)(er)极管失效：在(zai)桥式、LLC等有(you)用到体二(er)(er)极管进行续流(liu)的(de)(de)拓扑(pu)结(jie)构中，由于体二(er)(er)极管遭受破坏而(er)导致(zhi)的(de)(de)失效。

 4）谐振失效(xiao)：在并联使用(yong)的过程中，栅(zha)极及电路寄生参数(shu)导致震荡引起的失效(xiao)。

5）静(jing)电失效：在秋冬季节(jie)，由(you)于人(ren)体及设备静(jing)电而导致的器件(jian)失效。

6）栅(zha)极(ji)电压(ya)(ya)失(shi)效(xiao)：由于栅(zha)极(ji)遭受异常(chang)电压(ya)(ya)尖峰，而导致栅(zha)极(ji)栅(zha)氧(yang)层失(shi)效(xiao)。具(ju)体分(fen)析如下：

1）雪崩失效分析(电压失效)

到底(di)什(shen)么(me)是(shi)雪崩失(shi)(shi)(shi)效呢，简(jian)单来说MOSFET在(zai)电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)板(ban)上由于(yu)母线电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)、变压(ya)(ya)(ya)器反射电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)、漏感尖峰电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)等等系统电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)叠加在(zai)MOSFET漏源(yuan)(yuan)之间(jian)，导致的一(yi)种失(shi)(shi)(shi)效模(mo)(mo)式。简(jian)而(er)言之就是(shi)由于(yu)就是(shi)MOSFET漏源(yuan)(yuan)极的电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)超过其规定(ding)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)值并达(da)到一(yi)定(ding)的能(neng)量限度而(er)导致的一(yi)种常见的失(shi)(shi)(shi)效模(mo)(mo)式。

下面的图(tu)片为(wei)雪崩测(ce)试的等效原(yuan)理(li)图(tu)，做(zuo)为(wei)电源工程师可以简(jian)单了解下。

可(ke)能(neng)我(wo)们(men)(men)经(jing)常要求器件(jian)生产厂(chang)家(jia)对(dui)我(wo)们(men)(men)电源板上的(de)MOSFET进(jin)行失(shi)效(xiao)(xiao)分析(xi)，大(da)多数厂(chang)家(jia)都仅仅给一个EAS.EOS之类的(de)结论，那么到底我(wo)们(men)(men)怎么区分是否(fou)是雪崩(beng)失(shi)效(xiao)(xiao)呢，下面是一张经(jing)过雪崩(beng)测试失(shi)效(xiao)(xiao)的(de)器件(jian)图，我(wo)们(men)(men)可(ke)以(yi)进(jin)行对(dui)比(bi)从而确定是否(fou)是雪崩(beng)失(shi)效(xiao)(xiao)。

雪崩失效的预防措施

雪崩失效归根结底是(shi)电(dian)压失效，因此预防我们着(zhe)重从(cong)电(dian)压来考(kao)虑(lv)。具体可以参(can)考(kao)以下的方式来处理(li)。

1：合(he)理降(jiang)额(e)使(shi)用，目前行业内的(de)降(jiang)额(e)一般选(xuan)取80%-95%的(de)降(jiang)额(e)，具(ju)体(ti)情(qing)况根据企业的(de)保修条款(kuan)及电路(lu)关注点(dian)进行选(xuan)取。

2：合理的变压(ya)器反(fan)射(she)电(dian)压(ya)。

3：合理的RCD及TVS吸收电(dian)路设计。

4：大电流布(bu)(bu)线尽量采用粗、短的(de)布(bu)(bu)局结构，尽量减少布(bu)(bu)线寄生电感。

5：选择合理(li)的(de)栅极电(dian)阻Rg。

6：在大功率电(dian)源中，可以根据需要(yao)适当的加入RC减(jian)震或齐(qi)纳(na)二极管(guan)进行吸收。

2）SOA失效(电流失效)

再简单说下第(di)二(er)点，SOA失效

SOA失效是指电源在运行时(shi)(shi)异常(chang)的大电流和电压同(tong)时(shi)(shi)叠加在MOSFET上(shang)面(mian)，造成瞬时(shi)(shi)局部发热(re)而导(dao)致的破坏模式(shi)。或者(zhe)是芯片(pian)与散热(re)器及(ji)(ji)封装不(bu)能(neng)及(ji)(ji)时(shi)(shi)达到热(re)平衡导(dao)致热(re)积累(lei)，持续的发热(re)使温度超过氧(yang)化层限制而导(dao)致的热(re)击(ji)穿模式(shi)。

关(guan)于(yu)SOA各个线(xian)的参数限定值可以参考(kao)下面图(tu)片。

1：受限(xian)于最大(da)额定电流(liu)及脉冲电流(liu)

2：受限于(yu)最大(da)节温下的RDSON。

3：受限(xian)于器件(jian)最大的(de)耗散(san)功(gong)率。

4：受(shou)限(xian)于最大(da)单个脉冲电流。

5：击(ji)穿电(dian)压BVDSS限制区

我们电(dian)源上的(de)(de)MOSFET，只要保证能器件(jian)处于上面限制区(qu)的(de)(de)范围(wei)内，就能有(you)效(xiao)的(de)(de)规(gui)避由于MOSFET而导致的(de)(de)电(dian)源失效(xiao)问题的(de)(de)产生。

这个(ge)是一(yi)个(ge)非(fei)典(dian)型的SOA导致失效的一(yi)个(ge)解刨图，由(you)于去过(guo)铝，可能看起来不那么(me)直(zhi)接，参考下。

SOA失效的预防措施

1：确(que)保在最差条件(jian)下，MOSFET的所有功率限(xian)制条件(jian)均在SOA限(xian)制线以内。

2：将OCP功能一定要做(zuo)精确细致(zhi)。

在(zai)进行OCP点设计时，一般可能会取1.1-1.5倍电(dian)流余量的(de)工程师居多，然后就(jiu)根(gen)据IC的(de)保护(hu)电(dian)压(ya)比如0.7V开始(shi)调试RSENSE电(dian)阻。

有些有经验的(de)人会将(jiang)检测延(yan)迟时间、CISS对OCP实际的(de)影响考(kao)虑在内。

但是此时有个更值得关注(zhu)的(de)参数，那就是MOSFET的(de)Td(off)。

它(ta)到底有什(shen)么影响呢，我们(men)看下面FLYBACK电(dian)流(liu)波形(xing)图(tu)(图(tu)形(xing)不(bu)是太清楚，十分抱歉，建议双(shuang)击放大(da)观看)

从图中可(ke)以看出(chu)，电(dian)流(liu)波形(xing)在(zai)快到电(dian)流(liu)尖峰时，有个(ge)(ge)下跌(die)，这个(ge)(ge)下跌(die)点后又有一(yi)段的(de)上升时间(jian)，这段时间(jian)其本质就是(shi)IC在(zai)检(jian)测到过流(liu)信号执行(xing)关(guan)断后，MOSFET本身也开(kai)始执行(xing)关(guan)断，但(dan)是(shi)由于器(qi)件本身的(de)关(guan)断延迟，因此电(dian)流(liu)会有个(ge)(ge)二次上升平(ping)台，如(ru)果二次上升平(ping)台过大(da)，那么在(zai)变压器(qi)余量设(she)计不足(zu)时，就极有可(ke)能(neng)产(chan)生磁饱(bao)和的(de)一(yi)个(ge)(ge)电(dian)流(liu)冲击或(huo)者电(dian)流(liu)超器(qi)件规(gui)格的(de)一(yi)个(ge)(ge)失效。

3：合理的热设(she)计余量，这个(ge)就不(bu)多(duo)说了，各个(ge)企业(ye)都有自己的降额规范，严(yan)格执行就可(ke)以了，不(bu)行就加散热器。

3）体二极管失效

在(zai)(zai)(zai)不同的(de)(de)拓扑、电(dian)路中，MOSFET有不同的(de)(de)角色，比如在(zai)(zai)(zai)LLC中，体(ti)(ti)内二(er)极管的(de)(de)速(su)度(du)也(ye)是MOSFET可靠性的(de)(de)重(zhong)要(yao)因素。漏源(yuan)(yuan)间的(de)(de)体(ti)(ti)二(er)极管失效和(he)漏源(yuan)(yuan)电(dian)压(ya)失效很难区分，因为二(er)极管本身属(shu)于寄生参数。虽然失效后难以区分躯体(ti)(ti)缘由，但(dan)是预(yu)防电(dian)压(ya)及二(er)极管失效的(de)(de)解决办法存(cun)在(zai)(zai)(zai)较大差异，主要(yao)结合自己电(dian)路来分析。

体(ti)二(er)极管失(shi)效预(yu)防措施(shi)

其实有(you)那个(ge)体二(er)极管(guan)，在(zai)大部分时候都(dou)不(bu)碍(ai)事，而且有(you)时候还有(you)好处，比如用在(zai)H桥上，省得并二(er)极管(guan)了。当然也有(you)碍(ai)事的时候，那就(jiu)用两个(ge)MOS管(guan)头顶头或(huo)者尾对尾串联起来(lai)就(jiu)可以了。

那个(ge)二极管(guan)(guan)是工艺决(jue)定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，也不(bu)必太(tai)在(zai)(zai)(zai)意(yi)，接(jie)受它的(de)(de)(de)(de)(de)(de)存在(zai)(zai)(zai)就(jiu)(jiu)好了。还有(you)，多(duo)说两(liang)句(ju)，其实MOS管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)D和S本质上是对称(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)结(jie)构(gou)，只是沟道的(de)(de)(de)(de)(de)(de)两(liang)个(ge)接(jie)点。但是由于沟道的(de)(de)(de)(de)(de)(de)开启和关闭涉(she)及(ji)到(dao)栅极和衬(chen)底(di)(di)之间的(de)(de)(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)场，那么就(jiu)(jiu)需要(yao)给衬(chen)底(di)(di)一个(ge)确定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)位(wei)。又因(yin)为MOS管(guan)(guan)只有(you)3个(ge)管(guan)(guan)脚(jiao)(jiao)，所以(yi)需要(yao)把衬(chen)底(di)(di)接(jie)到(dao)另(ling)外两(liang)个(ge)管(guan)(guan)脚(jiao)(jiao)之一。那么接(jie)了衬(chen)底(di)(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)管(guan)(guan)脚(jiao)(jiao)就(jiu)(jiu)是S了，没接(jie)衬(chen)底(di)(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)管(guan)(guan)脚(jiao)(jiao)就(jiu)(jiu)是D，我们应(ying)用时，S的(de)(de)(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)位(wei)往(wang)往(wang)是稳定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。在(zai)(zai)(zai)集成电(dian)(dian)路中，比如CMOS中或(huo)者(zhe)还有(you)模拟开关中，由于芯片本身有(you)电(dian)(dian)源管(guan)(guan)脚(jiao)(jiao)，所以(yi)那些MOS管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)衬(chen)底(di)(di)并(bing)不(bu)和管(guan)(guan)脚(jiao)(jiao)接(jie)在(zai)(zai)(zai)一起(qi)，而是直接(jie)接(jie)到(dao)电(dian)(dian)源的(de)(de)(de)(de)(de)(de)VCC或(huo)者(zhe)VEE，这时候(hou)D和S就(jiu)(jiu)没有(you)任(ren)何区(qu)别(bie)了。

4）谐振失效

在(zai)(zai)并联功率MOS FET时未插入栅(zha)极(ji)电(dian)(dian)阻而直接连接时发生的(de)栅(zha)极(ji)寄生振荡。高速(su)反(fan)复接通(tong)(tong)、断开漏(lou)极(ji)-源(yuan)极(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)时，在(zai)(zai)由栅(zha)极(ji)-漏(lou)极(ji)电(dian)(dian)容(rong)Cgd(Crss)和栅(zha)极(ji)引(yin)脚电(dian)(dian)感(gan)Lg形(xing)成的(de)谐(xie)振电(dian)(dian)路上发生此(ci)寄生振荡。当(dang)谐(xie)振条件(ωL=1/ωC)成立时，在(zai)(zai)栅(zha)极(ji)-源(yuan)极(ji)间(jian)外(wai)加远(yuan)远(yuan)大于(yu)驱动电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)Vgs(in)的(de)振动电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)，由于(yu)超出栅(zha)极(ji)-源(yuan)极(ji)间(jian)额(e)定电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)导致(zhi)栅(zha)极(ji)破坏(huai)，或者接通(tong)(tong)、断开漏(lou)极(ji)-源(yuan)极(ji)间(jian)电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)时的(de)振动电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)通(tong)(tong)过栅(zha)极(ji)-漏(lou)极(ji)电(dian)(dian)容(rong)Cgd和Vgs波形(xing)重叠导致(zhi)正向反(fan)馈，因此(ci)可(ke)能(neng)会由于(yu)误动作引(yin)起振荡破坏(huai)。

谐振失效预防措(cuo)施

电(dian)(dian)阻(zu)可以抑制(zhi)振荡, 是(shi)(shi)因(yin)为(wei)阻(zu)尼(ni)的作用(yong)。但栅极串接一个小电(dian)(dian)阻(zu), 并非(fei)解决振荡阻(zu)尼(ni)问(wen)题. 主要(yao)还是(shi)(shi)驱动电(dian)(dian)路阻(zu)抗匹配的原因(yin), 和(he)调节功率管开(kai)关(guan)时间的原因(yin)。

5）静电失效

静电(dian)的基本物理特征(zheng)为：有吸引或排(pai)斥的力(li)量；有电(dian)场存在，与(yu)大地有电(dian)位(wei)差；会(hui)产(chan)生放电(dian)电(dian)流。这三种(zhong)情形会(hui)对电(dian)子元(yuan)件(jian)造成以下影响：

1.元(yuan)件(jian)吸(xi)附灰尘，改变线(xian)路间的阻(zu)抗，影(ying)响元(yuan)件(jian)的功能和寿命。

 2.因电(dian)场或电(dian)流破坏元(yuan)件绝缘层(ceng)和导体，使元(yuan)件不(bu)能工作（完全破坏）。

3.因(yin)瞬间的电(dian)场软击(ji)穿或电(dian)流产生(sheng)过热，使元件受(shou)伤，虽然(ran)仍能工作，但是寿命(ming)受(shou)损。

静电失效的预防措施

MOS电(dian)(dian)(dian)路输入(ru)(ru)(ru)端的保(bao)(bao)护二极(ji)管(guan)，其导通时(shi)(shi)(shi)(shi)电(dian)(dian)(dian)流容限一(yi)(yi)般为1mA 在可(ke)(ke)能(neng)出现(xian)过大(da)瞬(shun)态输入(ru)(ru)(ru)电(dian)(dian)(dian)流（超过10mA）时(shi)(shi)(shi)(shi)，应串(chuan)接(jie)输入(ru)(ru)(ru)保(bao)(bao)护电(dian)(dian)(dian)阻(zu)。而129#在初期设计时(shi)(shi)(shi)(shi)没(mei)有加入(ru)(ru)(ru)保(bao)(bao)护电(dian)(dian)(dian)阻(zu)，所以(yi)(yi)这也是MOS管(guan)可(ke)(ke)能(neng)击穿(chuan)的原因，而通过更换一(yi)(yi)个内部有保(bao)(bao)护电(dian)(dian)(dian)阻(zu)的MOS管(guan)应可(ke)(ke)防止此种失(shi)效的发生。还有由(you)于保(bao)(bao)护电(dian)(dian)(dian)路吸收的瞬(shun)间(jian)能(neng)量有限，太大(da)的瞬(shun)间(jian)信号和过高(gao)的静电(dian)(dian)(dian)电(dian)(dian)(dian)压将使保(bao)(bao)护电(dian)(dian)(dian)路失(shi)去作(zuo)用。所以(yi)(yi)焊接(jie)时(shi)(shi)(shi)(shi)电(dian)(dian)(dian)烙铁必须可(ke)(ke)靠接(jie)地，以(yi)(yi)防漏电(dian)(dian)(dian)击穿(chuan)器件(jian)输入(ru)(ru)(ru)端，一(yi)(yi)般使用时(shi)(shi)(shi)(shi)，可(ke)(ke)断电(dian)(dian)(dian)后利(li)用电(dian)(dian)(dian)烙铁的余热进行焊接(jie)，并先焊其接(jie)地管(guan)脚。6）栅极(ji)电(dian)(dian)(dian)压失(shi)效

栅极的异常高压来源主要有以下3种原因：

1：在生产、运输、装配过(guo)程中的静电。

 2：由器件及电路寄生参数(shu)在电源系统(tong)工作时产生的(de)高压(ya)谐振。

3：在(zai)高压冲击(ji)时，高电压通过Ggd传输到栅极(ji)（在(zai)雷击(ji)测试时，这种原因导(dao)致的失效较为常(chang)见(jian)）。

至(zhi)于PCB污染等(deng)级、电气间隙及其(qi)它高压击穿IC后(hou)进入栅极等(deng)现象就不做过多解释。

栅极电压失效的(de)预防措施

栅(zha)源(yuan)(yuan)间的过(guo)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)保护(hu)：如果(guo)(guo)栅(zha)源(yuan)(yuan)间的阻(zu)抗过(guo)高，则漏(lou)源(yuan)(yuan)间电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)的突变会(hui)通(tong)过(guo)极(ji)(ji)间电(dian)(dian)(dian)(dian)容耦合到栅(zha)极(ji)(ji)而(er)产(chan)(chan)生相当高的UGS电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)过(guo)冲(chong)(chong)，这(zhei)一电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)会(hui)引起栅(zha)极(ji)(ji)氧(yang)化层永久性(xing)损坏，如果(guo)(guo)是正方向的UGS瞬态电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)还会(hui)导致器(qi)件(jian)的误导通(tong)。为此(ci)要(yao)适当降低栅(zha)极(ji)(ji)驱动电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)的阻(zu)抗，在(zai)栅(zha)源(yuan)(yuan)之间并接阻(zu)尼电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)或并接稳(wen)压(ya)(ya)(ya)值约20V的稳(wen)压(ya)(ya)(ya)管。特别(bie)要(yao)注意防(fang)(fang)止栅(zha)极(ji)(ji)开(kai)路(lu)(lu)工(gong)作。其次是漏(lou)极(ji)(ji)间的过(guo)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)防(fang)(fang)护(hu)。如果(guo)(guo)电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)中(zhong)有电(dian)(dian)(dian)(dian)感(gan)性(xing)负载，则当器(qi)件(jian)关断时，漏(lou)极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)流的突变(di/dt)会(hui)产(chan)(chan)生比电(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)高的多的漏(lou)极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)过(guo)冲(chong)(chong)，导致器(qi)件(jian)损坏。应采取稳(wen)压(ya)(ya)(ya)管箝(qian)位(wei)，RC箝(qian)位(wei)或RC抑(yi)制电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)等保护(hu)措(cuo)施(shi)。

补充下,MOSFET损坏主要有使用/品质工艺两方面原因.  使用方面:

1)静电损坏,初期(qi)可能还象(xiang)好管(guan)子一样开关,经过一段时间后会失效(xiao)炸(zha)机,GDS全短路.

2)空间等离(li)子损(sun)伤,轻者(zhe)(zhe)和静电损(sun)坏一样,重者(zhe)(zhe)直接GDS短路.大家要(yao)注(zhu)意啊!放MOSFET或IGBT/COMS器件的地方千万别用负(fu)离(li)子发(fa)生器或有此功能的空调!

3)漏电损伤,多数情况下GDS全短路(lu),个别会DS或GD断路(lu).

4)过(guo)驱动,驱动电压超过(guo)18V后,经过(guo)一段(duan)时间使用会GDS全短(duan).

5)使用(yong)负压关闭,栅(zha)加负压后,MOSFET抗噪(zao)能力加强,但DS耐(nai)(nai)压能力下降,不(bu)适当的负压,会导致(zhi)DS耐(nai)(nai)压不(bu)够而被击穿损坏而GDS短路.

6)栅寄(ji)生(sheng)感应(ying)负(fu)压(ya)(ya)损坏,和不(bu)(bu)适当的负(fu)压(ya)(ya)驱动一(yi)样,只是该负(fu)压(ya)(ya)不(bu)(bu)是人为加上的,是由于线路寄(ji)生(sheng)LC感应(ying),在删上感应(ying)生(sheng)成(cheng)负(fu)脉(mai)冲.

联系方式：邹先生

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