MOS管損壞的五大主要原因

MOS開關(guān)原理(簡(jiǎn)要)：

MOS是電壓驅(qū)動(dòng)型器件，只要柵極和源級(jí)間給一個(gè)適當(dāng)電壓，源級(jí)和漏級(jí)間通路就形成。這個(gè)電流通路的電阻被成為MOS內(nèi)阻，就是導(dǎo)通電阻。這個(gè)內(nèi)阻大小基本決定了MOS芯片能承受的最大導(dǎo)通電流(當(dāng)然和其它因素有關(guān)，最有關(guān)的是熱阻)，內(nèi)阻越小承受電流越大(因?yàn)榘l(fā)熱小)。

MOS管在控制器電路中的工作狀態(tài)：

開通過程(由截止到導(dǎo)通的過渡過程)、導(dǎo)通狀態(tài)、關(guān)斷過程(由導(dǎo)通到截止的過渡過程)、截止?fàn)顟B(tài)。

MOS管燒壞的原因主要損耗也對(duì)應(yīng)這幾個(gè)狀態(tài)，開關(guān)損耗(開通過程和關(guān)斷過程)，導(dǎo)通損耗，截止損耗(漏電流引起的，這個(gè)忽略不計(jì))，還有雪崩能量損耗。只要把這些損耗控制在MOS承受規(guī)格之內(nèi)，MOS即會(huì)正常工作，超出承受范圍，即發(fā)生損壞。而開關(guān)損耗往往大于導(dǎo)通狀態(tài)損耗，不同MOS這個(gè)差距可能很大。

MOS損壞主要原因：

過流：持續(xù)大電流或瞬間超大電流引起的結(jié)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(dá)到擊穿電壓V(BR)DSS (根據(jù)擊穿電流其值不同)，并超出一定的能量后就發(fā)生破壞的現(xiàn)象。

在介質(zhì)負(fù)載的開關(guān)運(yùn)行斷開時(shí)產(chǎn)生的回掃電壓，或者由漏磁電感產(chǎn)生的尖峰電壓超出功率MOSFET的漏極額定耐壓并進(jìn)入擊穿區(qū)而導(dǎo)致破壞的模式會(huì)引起雪崩破壞。

典型電路：

第二種：器件發(fā)熱損壞

由超出安全區(qū)域引起發(fā)熱而導(dǎo)致的。發(fā)熱的原因分為直流功率和瞬態(tài)功率兩種。

直流功率原因：外加直流功率而導(dǎo)致的損耗引起的發(fā)熱

導(dǎo)通電阻RDS(on)損耗(高溫時(shí)RDS(on)增大，導(dǎo)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(tài)功率原因：外加單觸發(fā)脈沖

負(fù)載短路

開關(guān)損耗(接通、斷開) *(與溫度和工作頻率是相關(guān)的)

內(nèi)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(guān)的)

器件正常運(yùn)行時(shí)不發(fā)生的負(fù)載短路等引起的過電流，造成瞬時(shí)局部發(fā)熱而導(dǎo)致破壞。另外，由于熱量不相配或開關(guān)頻率太高使芯片不能正常散熱時(shí)，持續(xù)的發(fā)熱使溫度超出溝道溫度導(dǎo)致熱擊穿的破壞。

第三種：內(nèi)置二極管破壞

在DS端間構(gòu)成的寄生二極管運(yùn)行時(shí)，由于在Flyback時(shí)功率MOSFET的寄生雙極晶體管運(yùn)行，導(dǎo)致此二極管破壞的模式。

第四種：由寄生振蕩導(dǎo)致的破壞

此破壞方式在并聯(lián)時(shí)尤其容易發(fā)生。在并聯(lián)功率MOS FET時(shí)未插入柵極電阻而直接連接時(shí)發(fā)生的柵極寄生振蕩。高速反復(fù)接通、斷開漏極-源極電壓時(shí)，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(fā)生此寄生振蕩。當(dāng)諧振條件(ωL=1/ωC)成立時(shí)，在柵極-源極間外加遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于驅(qū)動(dòng)電壓Vgs(in)的振動(dòng)電壓。由于超出柵極-源極間額定電壓導(dǎo)致柵極破壞，或者接通、斷開漏極-源極間電壓時(shí)的振動(dòng)電壓通過柵極-漏極電容Cgd和Vgs波形重疊導(dǎo)致正向反饋，因此可能會(huì)由于誤動(dòng)作引起振蕩破壞。

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(tài)中靜電在GS兩端(包括安裝和和測(cè)定設(shè)備的帶電)而導(dǎo)致的柵極破壞。

總結(jié)

避免MOS因?yàn)槠骷l(fā)熱而造成的損壞，需要做好足夠的散熱設(shè)計(jì)。若通過增加散熱器和電路板的長(zhǎng)度來供所有MOS管散熱，這樣就會(huì)增加機(jī)箱的體積，同時(shí)這種散熱結(jié)構(gòu)，風(fēng)量發(fā)散，散熱效果不好。

有些大功率逆變器MOS管會(huì)安裝通風(fēng)紙來散熱，但安裝很麻煩。所以MOS管對(duì)散熱的要求很高，散熱條件分為最低和最高，即在運(yùn)行中的散熱情況的上下浮動(dòng)范圍。一般在選購(gòu)的時(shí)候通常采用最差的散熱條件為標(biāo)準(zhǔn)，這樣在使用的時(shí)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(tǒng)的正常運(yùn)行。

原文標(biāo)題：MOS管損壞之謎，看完后疑惑終于解開了!

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審核編輯：湯梓紅