功率MOS管

MOSFET是較常使用的一類(lèi)功率器件?！癕OSFET”是英文MetalOxideSemicoductorFieldEffectTransistor的縮寫(xiě)，譯成中文是“金屬氧化物半導體場(chǎng)效應管”。它是由金屬、氧化物(SiO2或SiN)及半導體三種材料制成的器件。所謂功率MOSFET(PowerMOSFET)是指它能輸出較大的工作電流(幾安到幾十安)，用于功率輸出級的器件。功率MOSFET可分為增強型和耗盡型，按溝道分又可分為N溝道型和P溝道型。

做開(kāi)關(guān)電源，常用功率MOSFET。一般而言，MOS管制造商采用RDS(ON)參數來(lái)定義導通阻抗;對ORing FET應用來(lái)說(shuō)，RDS(ON)也是最重要的器件特性。數據手冊定義RDS(ON)與柵極(或驅動(dòng))電壓VGS以及流經(jīng)開(kāi)關(guān)的電流有關(guān)，但對于充分的柵極驅動(dòng)，RDS(ON)是一個(gè)相對靜態(tài)參數。

若設計人員試圖開(kāi)發(fā)尺寸最小、成本最低的電源，低導通阻抗更是加倍的重要。在電源設計中，每個(gè)電源常常需要多個(gè)ORing MOS管并行工作，需要多個(gè)器件來(lái)把電流傳送給負載。在許多情況下，設計人員必須并聯(lián)MOS管，以有效降低RDS(ON)。在DC電路中，并聯(lián)電阻性負載的等效阻抗小于每個(gè)負載單獨的阻抗值。比如，兩個(gè)并聯(lián)的2Ω電阻相當于一個(gè)1Ω的電阻。因此，一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)低RDS(ON)值的MOS管，具備大額定電流，就可以讓設計人員把電源中所用MOS管的數目減至最少。

除了RDS(ON)之外，在MOS管的選擇過(guò)程中還有幾個(gè)MOS管參數也對電源設計人員非常重要。許多情況下，設計人員應該密切關(guān)注數據手冊上的安全工作區(SOA)曲線(xiàn)，該曲線(xiàn)同時(shí)描述了漏極電流和漏源電壓的關(guān)系?；旧?，SOA定義了MOSFET能夠安全工作的電源電壓和電流。在ORing FET應用中，首要問(wèn)題是：在"完全導通狀態(tài)"下FET的電流傳送能力。實(shí)際上無(wú)需SOA曲線(xiàn)也可以獲得漏極電流值。

損壞功率MOS管功率五種模式

第一種：雪崩

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(fā)生破壞的現象。

在介質(zhì)負載的開(kāi)關(guān)運行斷開(kāi)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)入擊穿區而導致破壞的模式會(huì )引起雪崩破壞。

典型電路：

第二種：器件發(fā)熱損壞

由超出安全區域引起發(fā)熱而導致的。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：外加直流功率而導致的損耗引起的發(fā)熱

●導通電阻RDS(on)損耗（高溫時(shí)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?。?/span>

瞬態(tài)功率原因：外加單觸發(fā)脈沖

●負載短路

●開(kāi)關(guān)損耗（接通、斷開(kāi)） *（與溫度和工作頻率是相關(guān)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(guān)的）

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

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(shí)，由于在Flyback時(shí)功率MOSFET的寄生雙極晶體管運行，導致此二極管破壞的模式。

第四種：由寄生振蕩導致的破壞

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。高速反復接通、斷開(kāi)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。當諧振條件(ωL=1/ωC)成立時(shí)，在柵極-源極間外加遠遠大于驅動(dòng)電壓Vgs(in)的振動(dòng)電壓，由于超出柵極-源極間額定電壓導致柵極破壞，或者接通、斷開(kāi)漏極-源極間電壓時(shí)的振動(dòng)電壓通過(guò)柵極-漏極電容Cgd和Vgs波形重疊導致正向反饋，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(guò)電壓破壞和由上電狀態(tài)中靜電在GS兩端（包括安裝和和測定設備的帶電）而導致的柵極破壞

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