UIS測試是什么？雪崩能量對實際應(yīng)用的影響

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UIS測試是什么

UIS：英文全稱Unclamped Inductive Switching，中文譯為非嵌位感性負載開關(guān)過程。

UIS是模擬 MOS器件在系統(tǒng)應(yīng)用中遭遇極端電熱應(yīng)力情況的過程。由于在回路導(dǎo)通時，儲存在電感中的能量必須在關(guān)斷瞬間全部釋放，此時MOS上同時經(jīng)過高電壓和大電流，極易引起器件失效。

UIS能力是衡量功率器件可靠性的重要指標(biāo)，通常用EAS（單脈沖雪崩擊穿能量）及EAR（重復(fù)雪崩能量）來衡量MOS耐受UIS的能力。

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EAS、EAR

如果電壓過沖值（通常由漏電流和雜散電感造成）未超過擊穿電壓，則器件不會發(fā)生雪崩擊穿，因此也就不需要消散雪崩能量的能力，但是——

當(dāng)電感上產(chǎn)生的電壓超過MOSFET的擊穿電壓后，將導(dǎo)致雪崩擊穿！

雪崩擊穿能量標(biāo)定的是器件可以容忍的瞬時過沖能量的安全值，即雪崩擊穿過程中器件上能夠消散（消化）的能量。

EAS——單脈沖雪崩能量，該值標(biāo)定的是器件可以安全吸收反向雪崩擊穿能量的高低。當(dāng)雪崩擊穿發(fā)生時，即使MOSFET處于關(guān)斷狀態(tài)，電感上的電流同樣會流過MOSFET器件，電感上所儲存的能量將全部通過MOSFET進行釋放，該值不能大于器件的EAS，否則器件將會因過熱而損壞。

若MOSFET處于并聯(lián)狀態(tài)，不同器件之間的擊穿電壓很難完全相同，通常情況是某個器件率先發(fā)生雪崩擊穿，隨后所有的雪崩擊穿電流（能量）都從該器件流過。

EAR——重復(fù)雪崩能量，標(biāo)定了器件所能承受的反復(fù)雪崩擊穿能量。

重復(fù)雪崩能量已經(jīng)成為“工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”，但是在沒有設(shè)定頻率，其它損耗以及散熱條件的情況下，該參數(shù)沒有任何意義，散熱（冷卻）狀況經(jīng)常制約著重復(fù)雪崩能量。

在驗證器件設(shè)計的過程中，最好可以測量處于工作狀態(tài)的器件（特別是可能發(fā)生雪崩擊穿的器件）或者熱沉的溫度，來監(jiān)測MOSFET器件是否存在過熱情況。

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UIS測試方法

UIS測試電路如下圖所示，其中L為感性負載（試驗過程中為電感），ID處加電路探頭，待測器件的DS兩端加電壓探頭。

UIS測試電路原理圖及理論波形圖

對所有UIS測試電路，測試流程一般都分為以下三步：

1、MOS器件處于關(guān)斷狀態(tài)，此時漏源電壓 VDS等于母線電壓VDD，電感 L 中沒有儲存能量，即上圖右側(cè)波形圖中tp前的部分；

2、柵電極加適當(dāng)脈沖，器件導(dǎo)通，MOS器件處于開啟狀態(tài)。此時電壓源對電感L充電，直到ID達到指定值，即波形圖中tp 部分；

3、控制柵電極電壓為0，MOS器件被重新關(guān)斷，電感L開始將儲存的能量通過MOSFET器件泄放，當(dāng)MOS器件兩端的電壓達到BVDSS(BVDSS1.3BV)時，MOS器件發(fā)生雪崩擊穿，電感上的能量通過MOS器件釋放，電流ID下降。直到電感能量完全釋放，ID減小為0后，MOS器件關(guān)斷，其兩端電壓回到電容電壓VDD。在此過程中，MOS所承受能量即為EAS，其計算公式如波形圖中所示。

實測正常波形圖如下所示：

UIS實測正常波形圖

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雪崩能量對實際應(yīng)用的影響

MOSFET應(yīng)用過程中，如果其D和S極之間可能產(chǎn)生較大電壓的尖峰，則需考慮器件的雪崩能量大小。電壓達到雪崩擊穿電壓時所集中的能量主要由電感和電流大小決定。

如在反激的應(yīng)用中，MOSFET關(guān)斷時會產(chǎn)生較大的電壓尖峰，存在雪崩擊穿的可能，故通常的情況下，功率器件都會降額，從而留有足夠的電壓余量。

但是，在電源應(yīng)用中，當(dāng)輸出出現(xiàn)短路時，初級電路回路中會產(chǎn)生較大的電流，在加上初級電感，器件就有可能發(fā)生雪崩損壞，因此在這樣的應(yīng)用條件下，就要考慮器件的雪崩能量。

此外，由于一些電機的負載是感性負載，而其在啟動和堵轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生極大的沖擊電流，因此也要考慮所使用MOSFET器件的雪崩能量。