MOS管工作原理

MOS管定义

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(zha)型(xing)。

其结(jie)构示意图：

结构示意图解析

1）沟道

上面(mian)图中，下(xia)边的(de)p型中间一(yi)个窄长条就是(shi)沟道，使(shi)得(de)左右两块P型极连在一(yi)起，因此(ci)mos管(guan)导通后是(shi)电阻特性，因此(ci)它的(de)一(yi)个重要参数(shu)就是(shi)导通电阻，选(xuan)用(yong)mos管(guan)必须清楚(chu)这个参数(shu)是(shi)否符(fu)合需(xu)求。

2）n型

上图(tu)表示的是p型mos管，读者可以依据此(ci)图(tu)理解(jie)n型的，都是反过来即可。因此(ci)，不(bu)难理解(jie)，n型的如图(tu)在栅极(ji)加正压会导致导通，而p型的相反。

3）增强型

相对于耗尽型(xing)，增强型(xing)是(shi)通(tong)过“加(jia)(jia)厚”导电(dian)沟(gou)(gou)道的(de)(de)(de)(de)厚度(du)来导通(tong)，如图。栅(zha)极(ji)电(dian)压(ya)越(yue)低，则(ze)p型(xing)源(yuan)、漏(lou)极(ji)的(de)(de)(de)(de)正(zheng)离(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)就越(yue)靠(kao)近(jin)中间(jian)，n衬底(di)的(de)(de)(de)(de)负离(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)就越(yue)远离(li)(li)(li)栅(zha)极(ji)，栅(zha)极(ji)电(dian)压(ya)达到(dao)一(yi)个值(zhi)，叫阀值(zhi)或坎压(ya)时(shi)，由(you)p型(xing)游离(li)(li)(li)出来的(de)(de)(de)(de)正(zheng)离(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)连(lian)在一(yi)起(qi)，形成(cheng)通(tong)道，就是(shi)图示效(xiao)果。因此，容(rong)易理解，栅(zha)极(ji)电(dian)压(ya)必须低到(dao)一(yi)定程(cheng)度(du)才能导通(tong)，电(dian)压(ya)越(yue)低，通(tong)道越(yue)厚，导通(tong)电(dian)阻越(yue)小(xiao)。由(you)于电(dian)场(chang)的(de)(de)(de)(de)强度(du)与距离(li)(li)(li)平方(fang)成(cheng)正(zheng)比(bi)，因此，电(dian)场(chang)强到(dao)一(yi)定程(cheng)度(du)之后(hou)，电(dian)压(ya)下降引起(qi)的(de)(de)(de)(de)沟(gou)(gou)道加(jia)(jia)厚就不(bu)明显了(le)，也(ye)是(shi)因为(wei)n型(xing)负离(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)“退让(rang)”是(shi)越(yue)来越(yue)难(nan)的(de)(de)(de)(de)。耗尽型(xing)的(de)(de)(de)(de)是(shi)事先做出一(yi)个导通(tong)层，用栅(zha)极(ji)来加(jia)(jia)厚或者减薄(bo)来控制源(yuan)漏(lou)的(de)(de)(de)(de)导通(tong)。但这(zhei)种管子(zi)(zi)(zi)一(yi)般不(bu)生产，在市面(mian)基本见不(bu)到(dao)。所以(yi)，大家平时(shi)说mos管，就默认是(shi)增强型(xing)的(de)(de)(de)(de)。

4）左右对称

图示左右是(shi)对(dui)(dui)称的(de)(de)，难(nan)免会有人问怎么(me)区(qu)分(fen)源(yuan)(yuan)极(ji)(ji)(ji)(ji)和漏(lou)极(ji)(ji)(ji)(ji)呢？其(qi)实原理上，源(yuan)(yuan)极(ji)(ji)(ji)(ji)和漏(lou)极(ji)(ji)(ji)(ji)确实是(shi)对(dui)(dui)称的(de)(de)，是(shi)不区(qu)分(fen)的(de)(de)。但在(zai)实际应(ying)用中，厂家一般(ban)在(zai)源(yuan)(yuan)极(ji)(ji)(ji)(ji)和漏(lou)极(ji)(ji)(ji)(ji)之间(jian)连接一个二极(ji)(ji)(ji)(ji)管，起(qi)保护(hu)作用，正是(shi)这个二极(ji)(ji)(ji)(ji)管决定了源(yuan)(yuan)极(ji)(ji)(ji)(ji)和漏(lou)极(ji)(ji)(ji)(ji)，这样，封(feng)装(zhuang)也(ye)就固定了，便于实用。我(wo)的(de)(de)老(lao)师年轻时用过不带(dai)二极(ji)(ji)(ji)(ji)管的(de)(de)mos管。非常容易被静电击穿，平时要放在(zai)铁质(zhi)罐子(zi)里，它的(de)(de)源(yuan)(yuan)极(ji)(ji)(ji)(ji)和漏(lou)极(ji)(ji)(ji)(ji)就是(shi)随便接。

5）金属氧化物膜

图中(zhong)有指示(shi)，这个(ge)膜是绝缘的(de)，用(yong)来(lai)电(dian)(dian)(dian)(dian)气隔离，使得栅极(ji)只(zhi)能(neng)形成电(dian)(dian)(dian)(dian)场，不能(neng)通过直(zhi)流(liu)电(dian)(dian)(dian)(dian)，因(yin)此是用(yong)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)控制的(de)。在直(zhi)流(liu)电(dian)(dian)(dian)(dian)气上(shang)，栅极(ji)和源(yuan)漏(lou)极(ji)是断路。不难(nan)理(li)解，这个(ge)膜越(yue)(yue)薄：电(dian)(dian)(dian)(dian)场作用(yong)越(yue)(yue)好、坎压(ya)越(yue)(yue)小、相同栅极(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)时导(dao)通能(neng)力越(yue)(yue)强(qiang)。坏处是：越(yue)(yue)容易击穿、工艺制作难(nan)度越(yue)(yue)大而价(jia)格越(yue)(yue)贵。例如导(dao)通电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)在欧姆级(ji)(ji)的(de)，1角人民(min)币(bi)左(zuo)右买一个(ge)，而2402等在十毫欧级(ji)(ji)的(de)，要2元多（批量买。零售是4元左(zuo)右）。

6）与实物的区别

上图(tu)仅仅是(shi)(shi)原理性的(de)(de)，实(shi)际(ji)的(de)(de)元(yuan)件增加(jia)了源-漏之间跨(kua)接(jie)的(de)(de)保(bao)护二极(ji)管，从(cong)而区分了源极(ji)和漏极(ji)。实(shi)际(ji)的(de)(de)元(yuan)件，p型(xing)的(de)(de)，衬(chen)底是(shi)(shi)接(jie)正电(dian)源的(de)(de)，使得(de)栅极(ji)预(yu)先成(cheng)(cheng)为相对(dui)负电(dian)压(ya)，因(yin)此(ci)p型(xing)的(de)(de)管子，栅极(ji)不用(yong)加(jia)负电(dian)压(ya)了，接(jie)地就能保(bao)证导通。相当于预(yu)先形成(cheng)(cheng)了不能导通的(de)(de)沟道，严格讲(jiang)应该是(shi)(shi)耗尽型(xing)了。好处是(shi)(shi)明显的(de)(de)，应用(yong)时抛开了负电(dian)压(ya)。

7）寄生电容

上图(tu)的(de)栅极通过(guo)金属氧化物与衬(chen)底形(xing)成(cheng)一个(ge)(ge)电(dian)(dian)(dian)容(rong)，越(yue)是高品(pin)质的(de)mos，膜越(yue)薄，寄生电(dian)(dian)(dian)容(rong)越(yue)大(da)(da)，经(jing)常mos管的(de)寄生电(dian)(dian)(dian)容(rong)达到nF级。这(zhei)个(ge)(ge)参数是mos管选择时(shi)至(zhi)(zhi)关(guan)(guan)重要的(de)参数之一，必须(xu)考虑清楚(chu)。Mos管用于控制大(da)(da)电(dian)(dian)(dian)流通断，经(jing)常被要求数十K乃(nai)至(zhi)(zhi)数M的(de)开关(guan)(guan)频率(lv)，在这(zhei)种用途中，栅极信(xin)号具有交流特征，频率(lv)越(yue)高，交流成(cheng)分越(yue)大(da)(da)，寄生电(dian)(dian)(dian)容(rong)就能通过(guo)交流电(dian)(dian)(dian)流的(de)形(xing)式通过(guo)电(dian)(dian)(dian)流，形(xing)成(cheng)栅极电(dian)(dian)(dian)流。消耗的(de)电(dian)(dian)(dian)能、产生的(de)热量不可忽(hu)视，甚至(zhi)(zhi)成(cheng)为(wei)主要问(wen)题。为(wei)了追求高速，需要强(qiang)大(da)(da)的(de)栅极驱动，也是这(zhei)个(ge)(ge)道理。试想，弱驱动信(xin)号瞬间(jian)(jian)变为(wei)高电(dian)(dian)(dian)平(ping)，但是为(wei)了“灌满(man)”寄生电(dian)(dian)(dian)容(rong)需要时(shi)间(jian)(jian)，就会(hui)产生上升(sheng)沿变缓，对开关(guan)(guan)频率(lv)形(xing)成(cheng)重大(da)(da)威胁直至(zhi)(zhi)不能工作。

8）如何工作在放大区

Mos管(guan)也能(neng)工作在放(fang)大区，而且很(hen)常见(jian)。做(zuo)镜像(xiang)电流源、运(yun)放(fang)、反馈控制(zhi)等，都(dou)是(shi)利用mos管(guan)工作在放(fang)大区，由(you)于mos管(guan)的(de)特性，当沟(gou)道处于似通非通时，栅极电压直接影(ying)响沟(gou)道的(de)导电能(neng)力，呈现一定的(de)线性关(guan)系(xi)。由(you)于栅极与源漏隔离，因(yin)此其输入阻(zu)抗可视(shi)为无穷大，当然，随频率增加阻(zu)抗就越来越小，一定频率时，就变得(de)不可忽(hu)视(shi)。这个(ge)高阻(zu)抗特点被广泛(fan)用于运(yun)放(fang)，运(yun)放(fang)分析(xi)的(de)虚(xu)连(lian)、虚(xu)断两个(ge)重要(yao)原则就是(shi)基于这个(ge)特点。这是(shi)三极管(guan)不可比拟的(de)。

9）mos管发热原因

Mos管(guan)(guan)发(fa)热(re)(re)(re)，主要(yao)(yao)原(yuan)因之一是(shi)(shi)寄生电(dian)容在频繁开启关(guan)闭时，显现交流(liu)特性而(er)具有(you)(you)阻(zu)抗(kang)，形成电(dian)流(liu)。有(you)(you)电(dian)流(liu)就(jiu)(jiu)有(you)(you)发(fa)热(re)(re)(re)，并非电(dian)场型的就(jiu)(jiu)没有(you)(you)电(dian)流(liu)。另一个原(yuan)因是(shi)(shi)当(dang)栅极电(dian)压爬升缓慢(man)时，导(dao)(dao)通(tong)状态要(yao)(yao)“路过”一个由关(guan)闭到导(dao)(dao)通(tong)的临(lin)界(jie)点，这时，导(dao)(dao)通(tong)电(dian)阻(zu)很大，发(fa)热(re)(re)(re)比较厉(li)害(hai)。第三个原(yuan)因是(shi)(shi)导(dao)(dao)通(tong)后，沟道有(you)(you)电(dian)阻(zu)，过主电(dian)流(liu)，形成发(fa)热(re)(re)(re)。主要(yao)(yao)考虑的发(fa)热(re)(re)(re)是(shi)(shi)第1和(he)第3点。许多mos管(guan)(guan)具有(you)(you)结温过高保护，所谓结温就(jiu)(jiu)是(shi)(shi)金属(shu)氧化膜下(xia)面的沟道区域(yu)温度(du)(du)，一般是(shi)(shi)150摄氏(shi)度(du)(du)。超(chao)过此(ci)温度(du)(du)，mos管(guan)(guan)不(bu)可能导(dao)(dao)通(tong)。温度(du)(du)下(xia)降就(jiu)(jiu)恢(hui)复。要(yao)(yao)注(zhu)意这种保护状态的后果。

mos管选型四要领

1）用N沟道orP沟道

选择好MOS管(guan)器(qi)件的第一(yi)(yi)步是(shi)决定采(cai)(cai)用(yong)N沟道还是(shi)P沟道MOS管(guan)。在典型的功率应(ying)用(yong)中，当一(yi)(yi)个MOS管(guan)接(jie)地，而负载(zai)连(lian)接(jie)到(dao)(dao)干线(xian)电(dian)压(ya)(ya)上时(shi)，该(gai)MOS管(guan)就构成了低压(ya)(ya)侧开(kai)关(guan)。在低压(ya)(ya)侧开(kai)关(guan)中，应(ying)采(cai)(cai)用(yong)N沟道MOS管(guan)，这(zhei)是(shi)出于对(dui)关(guan)闭或导通器(qi)件所需(xu)电(dian)压(ya)(ya)的考(kao)(kao)虑。当MOS管(guan)连(lian)接(jie)到(dao)(dao)总线(xian)及负载(zai)接(jie)地时(shi)，就要用(yong)高(gao)压(ya)(ya)侧开(kai)关(guan)。通常会(hui)在这(zhei)个拓扑(pu)中采(cai)(cai)用(yong)P沟道MOS管(guan)，这(zhei)也是(shi)出于对(dui)电(dian)压(ya)(ya)驱动的考(kao)(kao)虑。

2）确定MOS管的额定电流

该额(e)(e)定(ding)电(dian)(dian)流(liu)(liu)应是负载在所有(you)情况(kuang)(kuang)下能够承受的(de)(de)最(zui)大(da)(da)电(dian)(dian)流(liu)(liu)。与(yu)电(dian)(dian)压的(de)(de)情况(kuang)(kuang)相似(si)，确保所选(xuan)的(de)(de)MOS管能承受这个(ge)额(e)(e)定(ding)电(dian)(dian)流(liu)(liu)，即使在系(xi)统产生尖(jian)峰(feng)电(dian)(dian)流(liu)(liu)时。两(liang)个(ge)考虑的(de)(de)电(dian)(dian)流(liu)(liu)情况(kuang)(kuang)是连(lian)续模(mo)式(shi)和脉(mai)冲(chong)尖(jian)峰(feng)。在连(lian)续导通模(mo)式(shi)下，MOS管处于稳态，此(ci)时电(dian)(dian)流(liu)(liu)连(lian)续通过(guo)器件(jian)。脉(mai)冲(chong)尖(jian)峰(feng)是指有(you)大(da)(da)量(liang)电(dian)(dian)涌(或尖(jian)峰(feng)电(dian)(dian)流(liu)(liu))流(liu)(liu)过(guo)器件(jian)。一旦确定(ding)了这些条件(jian)下的(de)(de)最(zui)大(da)(da)电(dian)(dian)流(liu)(liu)，只需直接选(xuan)择能承受这个(ge)最(zui)大(da)(da)电(dian)(dian)流(liu)(liu)的(de)(de)器件(jian)便可(ke)。

3）选择MOS管的下一步是系统的散热要求

须考虑两种不(bu)同的(de)情况(kuang)，即(ji)最(zui)坏(huai)情况(kuang)和(he)真实情况(kuang)。建议采用针对最(zui)坏(huai)情况(kuang)的(de)计(ji)算结果(guo)，因为这个结果(guo)提供更大(da)的(de)安全余量，能确(que)保系统不(bu)会失效。

4）选择MOS管的最后一步是决定MOS管的开关性能

影(ying)响开(kai)关(guan)性能(neng)的(de)参(can)数有很多，但最重要(yao)的(de)是栅极(ji)/漏极(ji)、栅极(ji)/源(yuan)(yuan)极(ji)及漏极(ji)/源(yuan)(yuan)极(ji)电容(rong)。这些(xie)电容(rong)会在器(qi)件中产生开(kai)关(guan)损(sun)耗，因为在每次(ci)开(kai)关(guan)时(shi)都(dou)要(yao)对它(ta)们充电。MOS管的(de)开(kai)关(guan)速度(du)因此被降(jiang)低，器(qi)件效(xiao)率也(ye)下降(jiang)。为计(ji)(ji)算开(kai)关(guan)过(guo)程中器(qi)件的(de)总损(sun)耗，要(yao)计(ji)(ji)算开(kai)通过(guo)程中的(de)损(sun)耗(Eon)和关(guan)闭过(guo)程中的(de)损(sun)耗(Eoff)。

了解了MOS管的(de)(de)选取法则，那么工(gong)(gong)程师(shi)们(men)选择的(de)(de)时候(hou)就可以通(tong)过这些(xie)法则去(qu)选取所要(yao)的(de)(de)MOS管了，从而(er)(er)让整(zheng)个电路工(gong)(gong)作能顺利进行下去(qu)。不(bu)(bu)会因为MOS管的(de)(de)不(bu)(bu)合(he)适而(er)(er)影响后面的(de)(de)各项工(gong)(gong)作和事宜。

失效(xiao)6因果(guo)

MOS失效原因：

1）雪崩失效(电(dian)压(ya)失效)，也就(jiu)是(shi)我们常说的(de)漏源间(jian)的(de)BVdss电(dian)压(ya)超过MOSFET的(de)额定电(dian)压(ya)，并且超过达到了(le)一定的(de)能力从(cong)而导致(zhi)MOSFET失效。

2）SOA失(shi)(shi)效(xiao)(电流失(shi)(shi)效(xiao))，既超出MOSFET安全工作区引起失(shi)(shi)效(xiao)，分为(wei)Id超出器件(jian)规格(ge)失(shi)(shi)效(xiao)以(yi)及Id过大，损耗(hao)过高器件(jian)长时间热(re)积(ji)累而导致的失(shi)(shi)效(xiao)。

3）体(ti)二极(ji)管(guan)(guan)失效(xiao)：在桥式、LLC等有用到体(ti)二极(ji)管(guan)(guan)进(jin)行续流(liu)的(de)拓扑结构中，由(you)于体(ti)二极(ji)管(guan)(guan)遭(zao)受破坏而(er)导致的(de)失效(xiao)。

4）谐(xie)振失效(xiao)(xiao)：在(zai)并联(lian)使用的(de)过(guo)程中，栅极及(ji)电(dian)路(lu)寄生参数导致震荡(dang)引起的(de)失效(xiao)(xiao)。

 5）静电失(shi)效：在秋冬季(ji)节，由于人体(ti)及(ji)设备静电而导致(zhi)的器件失(shi)效。

6）栅(zha)(zha)极(ji)电压失(shi)效：由于栅(zha)(zha)极(ji)遭受异常(chang)电压尖峰，而(er)导致栅(zha)(zha)极(ji)栅(zha)(zha)氧层失(shi)效。具体分析如(ru)下：

1）雪崩失效分析(电压失效)

到底什(shen)么(me)是(shi)(shi)雪崩失效(xiao)呢，简(jian)单来说MOSFET在(zai)电(dian)(dian)源(yuan)板(ban)上由于(yu)(yu)母线电(dian)(dian)压(ya)、变压(ya)器反射电(dian)(dian)压(ya)、漏感尖(jian)峰电(dian)(dian)压(ya)等等系统电(dian)(dian)压(ya)叠加在(zai)MOSFET漏源(yuan)之(zhi)间，导致(zhi)的(de)(de)一种(zhong)失效(xiao)模式。简(jian)而言之(zhi)就是(shi)(shi)由于(yu)(yu)就是(shi)(shi)MOSFET漏源(yuan)极(ji)的(de)(de)电(dian)(dian)压(ya)超(chao)过其规定(ding)电(dian)(dian)压(ya)值(zhi)并达到一定(ding)的(de)(de)能量限度(du)而导致(zhi)的(de)(de)一种(zhong)常见的(de)(de)失效(xiao)模式。

下面(mian)的图(tu)片为(wei)雪崩(beng)测(ce)试的等效原理图(tu)，做为(wei)电源工程师可以简单(dan)了解(jie)下。

可能(neng)我(wo)(wo)(wo)们(men)经(jing)常要(yao)求器件生产(chan)厂家(jia)(jia)对我(wo)(wo)(wo)们(men)电源板(ban)上的MOSFET进行失效分析，大多数厂家(jia)(jia)都仅仅给一个EAS.EOS之类的结论(lun)，那(nei)么到(dao)底我(wo)(wo)(wo)们(men)怎(zen)么区(qu)分是(shi)否(fou)是(shi)雪(xue)崩(beng)失效呢，下面是(shi)一张经(jing)过雪(xue)崩(beng)测(ce)试失效的器件图，我(wo)(wo)(wo)们(men)可以(yi)进行对比从而确定是(shi)否(fou)是(shi)雪(xue)崩(beng)失效。

雪崩失效的预防措施

雪(xue)崩失效归根结底(di)是电压失效，因此预防我们着重从电压来(lai)考虑(lv)。具(ju)体(ti)可(ke)以参考以下的(de)方式来(lai)处理。

1：合理降额使用(yong)，目前行(xing)业内的(de)降额一(yi)般选(xuan)取80%-95%的(de)降额，具体情况根据(ju)企业的(de)保修条款(kuan)及电路(lu)关注点进(jin)行(xing)选(xuan)取。

2：合理(li)的(de)变压(ya)器反(fan)射电压(ya)。

3：合理的(de)RCD及TVS吸收电路设计。

4：大电流布线尽量采用粗、短(duan)的布局结构(gou)，尽量减(jian)少布线寄生(sheng)电感(gan)。

5：选择(ze)合理的(de)栅极电(dian)阻Rg。

6：在大(da)功率电源中(zhong)，可(ke)以(yi)根据需要适(shi)当的(de)加入RC减震或齐纳(na)二(er)极管(guan)进行吸(xi)收(shou)。

2）SOA失效(电流失效)

再简(jian)单说下第(di)二点，SOA失效(xiao)

SOA失效是(shi)指电源(yuan)在运行时异常(chang)的(de)大电流和电压同时叠加在MOSFET上面(mian)，造成瞬时局部(bu)发(fa)热而导致(zhi)(zhi)的(de)破坏(huai)模式。或者是(shi)芯(xin)片与散(san)热器及封(feng)装不能及时达到热平(ping)衡导致(zhi)(zhi)热积累，持续的(de)发(fa)热使温度超(chao)过(guo)氧化(hua)层限制而导致(zhi)(zhi)的(de)热击穿模式。 

关于(yu)SOA各个(ge)线的参数限定值可(ke)以参考下面图片。

1：受限于最大(da)额(e)定电流及脉冲电流

2：受限于最大节温下的(de)RDSON。

3：受限于器件(jian)最大的(de)耗(hao)散功率(lv)。

4：受限于最大单个脉冲电(dian)流。

5：击穿电压(ya)BVDSS限制区

我们电(dian)(dian)源上(shang)的(de)(de)(de)MOSFET，只(zhi)要保(bao)证(zheng)能(neng)器件处于上(shang)面限制区的(de)(de)(de)范围内，就能(neng)有效的(de)(de)(de)规避由于MOSFET而(er)导致的(de)(de)(de)电(dian)(dian)源失效问题的(de)(de)(de)产生。

这(zhei)个是一(yi)(yi)个非典(dian)型(xing)的SOA导致失效的一(yi)(yi)个解刨图，由于去过铝，可(ke)能(neng)看(kan)起(qi)来不那么直(zhi)接，参考下。

SOA失效的预防措施

1：确保在(zai)(zai)最差条件下，MOSFET的所有功率限(xian)制条件均在(zai)(zai)SOA限(xian)制线以内。

2：将(jiang)OCP功(gong)能一定要做(zuo)精(jing)确(que)细致。

在进行OCP点设(she)计时，一般可(ke)能(neng)会取(qu)1.1-1.5倍电流余量(liang)的(de)工程师(shi)居(ju)多，然后就(jiu)根据IC的(de)保护(hu)电压(ya)比(bi)如0.7V开始调试RSENSE电阻。

有(you)些有(you)经验(yan)的人会将检测(ce)延迟时间(jian)、CISS对OCP实际(ji)的影响考虑(lv)在内。

但是(shi)此时有个(ge)更(geng)值得关注的参数，那就是(shi)MOSFET的Td(off)。

它到(dao)底(di)有什么影响呢(ni)，我(wo)们看下面(mian)FLYBACK电流波形图(tu)(图(tu)形不是太清楚，十分抱(bao)歉，建议(yi)双击放(fang)大观(guan)看)

从图中(zhong)可(ke)以看出，电流波形在快到电流尖峰时，有(you)个(ge)(ge)下跌(die)，这个(ge)(ge)下跌(die)点后又有(you)一(yi)段(duan)的上升(sheng)时间(jian)，这段(duan)时间(jian)其(qi)本质就(jiu)是(shi)IC在检测到过(guo)流信号执(zhi)行关(guan)(guan)断(duan)(duan)后，MOSFET本身也(ye)开始执(zhi)行关(guan)(guan)断(duan)(duan)，但是(shi)由于器(qi)(qi)件本身的关(guan)(guan)断(duan)(duan)延(yan)迟(chi)，因此电流会有(you)个(ge)(ge)二(er)次上升(sheng)平台，如果(guo)二(er)次上升(sheng)平台过(guo)大，那么(me)在变压器(qi)(qi)余量设计不足时，就(jiu)极有(you)可(ke)能产生磁饱(bao)和的一(yi)个(ge)(ge)电流冲击或者电流超器(qi)(qi)件规格的一(yi)个(ge)(ge)失效。

3：合理(li)的热设计余量，这个就(jiu)不(bu)(bu)多说了，各个企业(ye)都有自己(ji)的降额规范(fan)，严格执行就(jiu)可以了，不(bu)(bu)行就(jiu)加(jia)散热器。

3）体二极管失效

在不同的(de)拓扑、电(dian)路中(zhong)，MOSFET有(you)不同的(de)角色，比如(ru)在LLC中(zhong)，体(ti)(ti)内二极管(guan)(guan)的(de)速度(du)也(ye)是MOSFET可靠性的(de)重要因(yin)(yin)素。漏(lou)(lou)源(yuan)间的(de)体(ti)(ti)二极管(guan)(guan)失效(xiao)和漏(lou)(lou)源(yuan)电(dian)压失效(xiao)很难区(qu)分，因(yin)(yin)为二极管(guan)(guan)本身属于寄(ji)生参数。虽然(ran)失效(xiao)后难以区(qu)分躯体(ti)(ti)缘由，但是预防(fang)电(dian)压及(ji)二极管(guan)(guan)失效(xiao)的(de)解(jie)决办法存(cun)在较大差异，主要结合自己(ji)电(dian)路来(lai)分析。

体二极(ji)管失效预防措施

其实有(you)那(nei)个体二(er)(er)极管(guan)(guan)，在(zai)大(da)部分时(shi)候都(dou)不(bu)碍事，而(er)且(qie)有(you)时(shi)候还有(you)好处，比如用在(zai)H桥上(shang)，省得并二(er)(er)极管(guan)(guan)了。当然也有(you)碍事的时(shi)候，那(nei)就用两个MOS管(guan)(guan)头顶头或者尾(wei)对尾(wei)串联起(qi)来就可以了。

那个(ge)二极管(guan)(guan)是(shi)工艺决定的(de)(de)，也不(bu)必(bi)太(tai)在意，接(jie)(jie)(jie)受它的(de)(de)存在就(jiu)好了(le)。还有(you)(you)(you)，多说(shuo)两(liang)(liang)句，其实MOS管(guan)(guan)的(de)(de)D和(he)(he)S本质上(shang)是(shi)对称的(de)(de)结(jie)构，只(zhi)(zhi)是(shi)沟道(dao)的(de)(de)两(liang)(liang)个(ge)接(jie)(jie)(jie)点(dian)。但是(shi)由于(yu)沟道(dao)的(de)(de)开(kai)启和(he)(he)关闭涉及到栅极和(he)(he)衬(chen)(chen)底(di)之间的(de)(de)电(dian)(dian)场，那么(me)就(jiu)需(xu)要给衬(chen)(chen)底(di)一个(ge)确定的(de)(de)电(dian)(dian)位。又因(yin)为MOS管(guan)(guan)只(zhi)(zhi)有(you)(you)(you)3个(ge)管(guan)(guan)脚，所以需(xu)要把衬(chen)(chen)底(di)接(jie)(jie)(jie)到另(ling)外两(liang)(liang)个(ge)管(guan)(guan)脚之一。那么(me)接(jie)(jie)(jie)了(le)衬(chen)(chen)底(di)的(de)(de)管(guan)(guan)脚就(jiu)是(shi)S了(le)，没接(jie)(jie)(jie)衬(chen)(chen)底(di)的(de)(de)管(guan)(guan)脚就(jiu)是(shi)D，我们应用时(shi)，S的(de)(de)电(dian)(dian)位往(wang)往(wang)是(shi)稳定的(de)(de)。在集成电(dian)(dian)路中(zhong)，比如CMOS中(zhong)或(huo)者还有(you)(you)(you)模拟开(kai)关中(zhong)，由于(yu)芯片本身(shen)有(you)(you)(you)电(dian)(dian)源管(guan)(guan)脚，所以那些MOS管(guan)(guan)的(de)(de)衬(chen)(chen)底(di)并不(bu)和(he)(he)管(guan)(guan)脚接(jie)(jie)(jie)在一起(qi)，而是(shi)直(zhi)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)到电(dian)(dian)源的(de)(de)VCC或(huo)者VEE，这时(shi)候D和(he)(he)S就(jiu)没有(you)(you)(you)任何区别(bie)了(le)。

4）谐振失效

在并联功率MOS FET时(shi)(shi)(shi)未插(cha)入栅(zha)(zha)极(ji)(ji)(ji)(ji)电(dian)(dian)阻而直接(jie)连接(jie)时(shi)(shi)(shi)发生的(de)(de)栅(zha)(zha)极(ji)(ji)(ji)(ji)寄生振(zhen)(zhen)荡。高速反复接(jie)通(tong)、断(duan)开(kai)漏(lou)极(ji)(ji)(ji)(ji)-源极(ji)(ji)(ji)(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya)时(shi)(shi)(shi)，在由(you)栅(zha)(zha)极(ji)(ji)(ji)(ji)-漏(lou)极(ji)(ji)(ji)(ji)电(dian)(dian)容Cgd(Crss)和栅(zha)(zha)极(ji)(ji)(ji)(ji)引(yin)(yin)脚电(dian)(dian)感Lg形成的(de)(de)谐振(zhen)(zhen)电(dian)(dian)路上发生此(ci)寄生振(zhen)(zhen)荡。当谐振(zhen)(zhen)条件(ωL=1/ωC)成立时(shi)(shi)(shi)，在栅(zha)(zha)极(ji)(ji)(ji)(ji)-源极(ji)(ji)(ji)(ji)间外加远远大于(yu)驱动(dong)电(dian)(dian)压(ya)(ya)Vgs(in)的(de)(de)振(zhen)(zhen)动(dong)电(dian)(dian)压(ya)(ya)，由(you)于(yu)超出栅(zha)(zha)极(ji)(ji)(ji)(ji)-源极(ji)(ji)(ji)(ji)间额定电(dian)(dian)压(ya)(ya)导致栅(zha)(zha)极(ji)(ji)(ji)(ji)破(po)坏，或者接(jie)通(tong)、断(duan)开(kai)漏(lou)极(ji)(ji)(ji)(ji)-源极(ji)(ji)(ji)(ji)间电(dian)(dian)压(ya)(ya)时(shi)(shi)(shi)的(de)(de)振(zhen)(zhen)动(dong)电(dian)(dian)压(ya)(ya)通(tong)过栅(zha)(zha)极(ji)(ji)(ji)(ji)-漏(lou)极(ji)(ji)(ji)(ji)电(dian)(dian)容Cgd和Vgs波形重叠导致正向反馈(kui)，因(yin)此(ci)可(ke)能会由(you)于(yu)误(wu)动(dong)作(zuo)引(yin)(yin)起振(zhen)(zhen)荡破(po)坏。

谐振失效预防措(cuo)施

电阻可以(yi)抑(yi)制振荡(dang), 是因为阻尼的(de)作用。但(dan)栅(zha)极串接一个(ge)小电阻, 并非解决振荡(dang)阻尼问(wen)题(ti). 主(zhu)要还(hai)是驱(qu)动电路阻抗匹配的(de)原(yuan)因, 和调节功率管开(kai)关(guan)时间的(de)原(yuan)因。

5）静电失效

静电(dian)(dian)的基本(ben)物(wu)理(li)特征为：有吸引(yin)或排斥的力量；有电(dian)(dian)场(chang)存在，与大(da)地有电(dian)(dian)位差；会产(chan)生放电(dian)(dian)电(dian)(dian)流。这三种情(qing)形(xing)会对(dui)电(dian)(dian)子元件造成以(yi)下(xia)影响：

1.元(yuan)(yuan)件(jian)吸附灰尘，改(gai)变线路(lu)间(jian)的(de)阻(zu)抗，影响元(yuan)(yuan)件(jian)的(de)功能和寿命。

2.因(yin)电场或电流破坏元(yuan)件绝缘层和(he)导体(ti)，使元(yuan)件不能工作(zuo)（完全破坏）。

3.因瞬间的(de)电(dian)场软击穿或电(dian)流产生过(guo)热，使元件受伤，虽(sui)然仍能(neng)工(gong)作，但是寿命受损。

静电失效的预防措施

MOS电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)输(shu)入(ru)(ru)端(duan)的(de)保(bao)护二极(ji)管(guan)，其(qi)导通时(shi)(shi)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流容(rong)限一般为1mA 在可能(neng)(neng)出现过(guo)大瞬态输(shu)入(ru)(ru)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流（超过(guo)10mA）时(shi)(shi)，应(ying)串(chuan)接(jie)(jie)输(shu)入(ru)(ru)保(bao)护电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻。而129#在初期设计时(shi)(shi)没有加入(ru)(ru)保(bao)护电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻，所以这也是MOS管(guan)可能(neng)(neng)击穿的(de)原(yuan)因，而通过(guo)更(geng)换一个(ge)内部有保(bao)护电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻的(de)MOS管(guan)应(ying)可防止此种失效(xiao)的(de)发生。还(hai)有由于保(bao)护电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)吸(xi)收的(de)瞬间能(neng)(neng)量有限，太大的(de)瞬间信号和过(guo)高(gao)的(de)静(jing)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压将使保(bao)护电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)失去作用。所以焊接(jie)(jie)时(shi)(shi)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)烙铁必须可靠接(jie)(jie)地，以防漏电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)击穿器件(jian)输(shu)入(ru)(ru)端(duan)，一般使用时(shi)(shi)，可断电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)后利(li)用电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)烙铁的(de)余热进(jin)行焊接(jie)(jie)，并先(xian)焊其(qi)接(jie)(jie)地管(guan)脚。6）栅极(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压失效(xiao)

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(pei)过程中的静(jing)电。

2：由器件及电路(lu)寄生参数在电源(yuan)系统(tong)工作时产生的高压谐振(zhen)。

3：在高(gao)压冲(chong)击时，高(gao)电(dian)压通过Ggd传输到(dao)栅极（在雷击测试时，这种原因导致的失效较为常见）。

至于PCB污染等级、电气间隙及其它高压击(ji)穿(chuan)IC后(hou)进入栅极(ji)等现(xian)象就不做过多解释。

栅极(ji)电压(ya)失效的预(yu)防措施

栅(zha)(zha)源间(jian)(jian)(jian)的过(guo)(guo)(guo)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)保(bao)护(hu)：如(ru)(ru)果栅(zha)(zha)源间(jian)(jian)(jian)的阻抗过(guo)(guo)(guo)高，则漏源间(jian)(jian)(jian)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)的突(tu)变会通(tong)过(guo)(guo)(guo)极(ji)(ji)间(jian)(jian)(jian)电(dian)(dian)(dian)容(rong)耦合到栅(zha)(zha)极(ji)(ji)而产生(sheng)(sheng)相当高的UGS电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)过(guo)(guo)(guo)冲，这一电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)会引起栅(zha)(zha)极(ji)(ji)氧化层永久性损(sun)坏(huai)，如(ru)(ru)果是正方向的UGS瞬态(tai)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)还会导(dao)致器件(jian)(jian)的误导(dao)通(tong)。为此要(yao)适当降低栅(zha)(zha)极(ji)(ji)驱动(dong)电(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)的阻抗，在栅(zha)(zha)源之(zhi)间(jian)(jian)(jian)并(bing)接阻尼电(dian)(dian)(dian)阻或并(bing)接稳压(ya)(ya)(ya)值约20V的稳压(ya)(ya)(ya)管。特别要(yao)注意防(fang)止(zhi)栅(zha)(zha)极(ji)(ji)开路(lu)(lu)工作。其(qi)次(ci)是漏极(ji)(ji)间(jian)(jian)(jian)的过(guo)(guo)(guo)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)防(fang)护(hu)。如(ru)(ru)果电(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)中(zhong)有(you)电(dian)(dian)(dian)感性负(fu)载，则当器件(jian)(jian)关断时，漏极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)流的突(tu)变(di/dt)会产生(sheng)(sheng)比电(dian)(dian)(dian)源电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)高的多(duo)的漏极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)过(guo)(guo)(guo)冲，导(dao)致器件(jian)(jian)损(sun)坏(huai)。应采取稳压(ya)(ya)(ya)管箝位(wei)，RC箝位(wei)或RC抑制电(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)等(deng)保(bao)护(hu)措施。

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(jing)电损坏,初期可能还象好管子(zi)一样开(kai)关(guan),经过一段(duan)时(shi)间(jian)后会失(shi)效(xiao)炸机,GDS全短路. 

2)空间等(deng)离子(zi)损(sun)伤,轻者和静(jing)电损(sun)坏一样,重者直接(jie)GDS短(duan)路.大家(jia)要注意(yi)啊!放MOSFET或(huo)IGBT/COMS器件的(de)地方千万别用负离子(zi)发生器或(huo)有(you)此功(gong)能的(de)空调!

3)漏(lou)电损伤,多数情(qing)况(kuang)下GDS全短(duan)路,个别会DS或GD断路.

4)过驱(qu)动(dong),驱(qu)动(dong)电压超过18V后,经过一段(duan)时间(jian)使用(yong)会GDS全短.

5)使(shi)用负(fu)压(ya)关闭,栅加负(fu)压(ya)后,MOSFET抗噪能力加强,但DS耐压(ya)能力下(xia)降,不适(shi)当(dang)的负(fu)压(ya),会导致DS耐压(ya)不够而被击穿损(sun)坏而GDS短路.

6)栅寄(ji)生感(gan)应(ying)负压损坏,和不适当(dang)的负压驱(qu)动一样,只是该(gai)负压不是人(ren)为加上(shang)的,是由于线路寄(ji)生LC感(gan)应(ying),在(zai)删上(shang)感(gan)应(ying)生成负脉冲.

联系方式：邹先生

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