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      MOS管損壞之謎,看完后疑惑終于解開了!MOS管損壞的五大主要原因

      作者:佚名    文章來源:本站原創    點擊數:    更新時間:2023/9/4

      一、MOS開關原理(簡要):

      MOS是電壓驅動型器件,只要柵極和源級間給一個適當電壓,源級和漏級間通路就形成。這個電流通路的電阻被成為MOS內阻,就是導通電阻。這個內阻大小基本決定了MOS芯片能承受的最大導通電流(當然和其它因素有關,最有關的是熱阻),內阻越小承受電流越大(因為發熱小)。

      MOS管的工作原理(以N溝道增強型MOS場效應管)它是利用VGS來控制“感應電荷”的多少,以改變由這些“感應電荷”形成的導電溝道的狀況,然后達到控制漏極電流的目的。

      在制造管子時,通過工藝使絕緣層中出現大量正離子,故在交界面的另一側能感應出較多的負電荷,這些負電荷把高滲雜質的N區接通,形成了導電溝道,即使在VGS=0時也有較大的漏極電流ID。

      當柵極電壓改變時,溝道內被感應的電荷量也改變,導電溝道的寬窄也隨之而變,因而漏極電流ID隨著柵極電壓的變化而變化。

      N溝道增強型MOS管工作原理 

      (以N溝道增強型為例)

      二、MOS管在控制器電路中的工作狀態:

      開通過程(由截止到導通的過渡過程)、導通狀態、關斷過程(由導通到截止的過渡過程)、截止狀態。

      MOS管燒壞的原因主要損耗也對應這幾個狀態,開關損耗(開通過程和關斷過程),導通損耗,截止損耗(漏電流引起的,這個忽略不計),還有雪崩能量損耗。只要把這些損耗控制在MOS承受規格之內,MOS即會正常工作,超出承受范圍,即發生損壞。而開關損耗往往大于導通狀態損耗,不同MOS這個差距可能很大。

      三、MOS損壞主要原因:

      過流:持續大電流或瞬間超大電流引起的結溫過高而燒毀;

      過壓:源漏過壓擊穿、源柵極過壓擊穿;

      靜電:靜電擊穿,CMOS電路都怕靜電。

      第一種:雪崩破壞

      如果在漏極-源極間外加超出器件額定VDSS的電涌電壓,而且達到擊穿電壓V(BR)DSS (根據擊穿電流其值不同),并超出一定的能量后就發生破壞的現象。

      在介質負載的開關運行斷開時產生的回掃電壓,或者由漏磁電感產生的尖峰電壓超出功率MOSFET的漏極額定耐壓并進入擊穿區而導致破壞的模式會引起雪崩破壞。

      典型電路:

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      第二種:器件發熱損壞

      由超出安全區域引起發熱而導致的。發熱的原因分為直流功率和瞬態功率兩種。

      直流功率原因:外加直流功率而導致的損耗引起的發熱

      導通電阻RDS(on)損耗(高溫時RDS(on)增大,導致一定電流下,功耗增加)

      由漏電流IDSS引起的損耗(和其他損耗相比極小)

      瞬態功率原因:外加單觸發脈沖

      負載短路

      開關損耗(接通、斷開) *(與溫度和工作頻率是相關的)

      內置二極管的trr損耗(上下橋臂短路損耗)(與溫度和工作頻率是相關的)

      器件正常運行時不發生的負載短路等引起的過電流,造成瞬時局部發熱而導致破壞。另外,由于熱量不相配或開關頻率太高使芯片不能正常散熱時,持續的發熱使溫度超出溝道溫度導致熱擊穿的破壞。

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      第三種:內置二極管破壞

      在DS端間構成的寄生二極管運行時,由于在Flyback時功率MOSFET的寄生雙極晶體管運行,導致此二極管破壞的模式。

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      第四種:由寄生振蕩導致的破壞

      此破壞方式在并聯時尤其容易發生。在并聯功率MOS FET時未插入柵極電阻而直接連接時發生的柵極寄生振蕩。高速反復接通、斷開漏極-源極電壓時,在由柵極-漏極電容Cgd(Crss)和柵極引腳電感Lg形成的諧振電路上發生此寄生振蕩。當諧振條件(ωL=1/ωC)成立時,在柵極-源極間外加遠遠大于驅動電壓Vgs(in)的振動電壓。由于超出柵極-源極間額定電壓導致柵極破壞,或者接通、斷開漏極-源極間電壓時的振動電壓通過柵極-漏極電容Cgd和Vgs波形重疊導致正向反饋,因此可能會由于誤動作引起振蕩破壞。

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      第五種:柵極電涌、靜電破壞

      主要有因在柵極和源極之間如果存在電壓浪涌和靜電而引起的破壞,即柵極過電壓破壞和由上電狀態中靜電在GS兩端(包括安裝和和測定設備的帶電)而導致的柵極破壞。

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      四、總結

      避免MOS因為器件發熱而造成的損壞,需要做好足夠的散熱設計。若通過增加散熱器和電路板的長度來供所有MOS管散熱,這樣就會增加機箱的體積,同時這種散熱結構,風量發散,散熱效果不好。

      有些大功率逆變器MOS管會安裝通風紙來散熱,但安裝很麻煩。所以MOS管對散熱的要求很高,散熱條件分為最低和最高,即在運行中的散熱情況的上下浮動范圍。一般在選購的時候通常采用最差的散熱條件為標準,這樣在使用的時候就可以留出最大的安全余量,即使在高溫中也能確保系統的正常運行。

      Tags:MOS管,損壞,原因  
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