mos管失效模式分析-MOS管失效的幾大原因總結及詳解-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2019-12-26
MOS管失效的原因如下：
1：雪崩失效（電壓失效），也就是我們常說(shuō)的漏源間的BVdss電壓超過(guò)MOSFET的額定電壓，并且超過(guò)達到了一定的能力從而導致MOSFET失效。
2：SOA失效（電流失效），既超出MOSFET安全工作區引起失效，分為Id超出器件規格失效以及Id過(guò)大，損耗過(guò)高器件長(cháng)時(shí)間熱積累而導致的失效。
3：體二極管失效：在橋式、LLC等有用到體二極管進(jìn)行續流的拓撲結構中，由于體二極管遭受破壞而導致的失效。
4：諧振失效：在并聯(lián)使用的過(guò)程中，柵極及電路寄生參數導致震蕩引起的失效。
5：靜電失效：在秋冬季節，由于人體及設備靜電而導致的器件失效。
6：柵極電壓失效：由于柵極遭受異常電壓尖峰，而導致柵極柵氧層失效。
到底什么是雪崩失效呢，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)MOSFET在電源板上由于母線(xiàn)電壓、變壓器反射電壓、漏感尖峰電壓等等系統電壓疊加在MOSFET漏源之間，導致的一種失效模式。簡(jiǎn)而言之就是由于就是MOSFET漏源極的電壓超過(guò)其規定電壓值并達到一定的能量限度而導致的一種常見(jiàn)的失效模式。
下面的圖片為雪崩測試的等效原理圖，做為電源工程師可以簡(jiǎn)單了解下。
可能我們經(jīng)常要求器件生產(chǎn)廠(chǎng)家對我們電源板上的MOSFET進(jìn)行失效分析，大多數廠(chǎng)家都僅僅給一個(gè)EAS.EOS之類(lèi)的結論，那么到底我們怎么區分是否是雪崩失效呢，下面是一張經(jīng)過(guò)雪崩測試失效的器件圖，我們可以進(jìn)行對比從而確定是否是雪崩失效。
雪崩失效歸根結底是電壓失效，因此預防我們著(zhù)重從電壓來(lái)考慮。具體可以參考以下的方式來(lái)處理。
1：合理降額使用，目前行業(yè)內的降額一般選取80%-95%的降額，具體情況根據企業(yè)的保修條款及電路關(guān)注點(diǎn)進(jìn)行選取。
2：合理的變壓器反射電壓。
3：合理的RCD及TVS吸收電路設計。
4：大電流布線(xiàn)盡量采用粗、短的布局結構，盡量減少布線(xiàn)寄生電感。
5：選擇合理的柵極電阻Rg。
6：在大功率電源中，可以根據需要適當的加入RC減震或齊納二極管進(jìn)行吸收。
再簡(jiǎn)單說(shuō)下第二點(diǎn)，SOA失效
SOA失效是指電源在運行時(shí)異常的大電流和電壓同時(shí)疊加在MOSFET上面，造成瞬時(shí)局部發(fā)熱而導致的破壞模式?；蛘呤切酒c散熱器及封裝不能及時(shí)達到熱平衡導致熱積累，持續的發(fā)熱使溫度超過(guò)氧化層限制而導致的熱擊穿模式。
關(guān)于SOA各個(gè)線(xiàn)的參數限定值可以參考下面圖片。
1：受限于最大額定電流及脈沖電流
2：受限于最大節溫下的RDSON。
3：受限于器件最大的耗散功率。
4：受限于最大單個(gè)脈沖電流。
5：擊穿電壓BVDSS限制區
我們電源上的MOSFET，只要保證能器件處于上面限制區的范圍內，就能有效的規避由于MOSFET而導致的電源失效問(wèn)題的產(chǎn)生。
這個(gè)是一個(gè)非典型的SOA導致失效的一個(gè)解刨圖，由于去過(guò)鋁，可能看起來(lái)不那么直接，參考下。
1：確保在最差條件下，MOSFET的所有功率限制條件均在SOA限制線(xiàn)以?xún)取?/span>
2：將OCP功能一定要做精確細致。
在進(jìn)行OCP點(diǎn)設計時(shí)，一般可能會(huì )取1.1-1.5倍電流余量的工程師居多，然后就根據IC的保護電壓比如0.7V開(kāi)始調試RSENSE電阻。有些有經(jīng)驗的人會(huì )將檢測延遲時(shí)間、CISS對OCP實(shí)際的影響考慮在內。但是此時(shí)有個(gè)更值得關(guān)注的參數，那就是MOSFET的Td（off）。它到底有什么影響呢，我們看下面FLYBACK電流波形圖。
從圖中可以看出，電流波形在快到電流尖峰時(shí)，有個(gè)下跌，這個(gè)下跌點(diǎn)后又有一段的上升時(shí)間，這段時(shí)間其本質(zhì)就是IC在檢測到過(guò)流信號執行關(guān)斷后，MOSFET本身也開(kāi)始執行關(guān)斷，但是由于器件本身的關(guān)斷延遲，因此電流會(huì )有個(gè)二次上升平臺，如果二次上升平臺過(guò)大，那么在變壓器余量設計不足時(shí)，就極有可能產(chǎn)生磁飽和的一個(gè)電流沖擊或者電流超器件規格的一個(gè)失效。
3：合理的熱設計余量，這個(gè)就不多說(shuō)了，各個(gè)企業(yè)都有自己的降額規范，嚴格執行就可以了，不行就加散熱器。
1.電路設計的問(wèn)題，就是讓MOS管工作在線(xiàn)性的工作狀態(tài)，而不是在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。這也是導致MOS管發(fā)熱的一個(gè)原因。如果N-MOS做開(kāi)關(guān)，G級電壓要比電源高幾V，才能完全導通，P-MOS則相反。沒(méi)有完全打開(kāi)而壓降過(guò)大造成功率消耗，等效直流阻抗比較大，壓降增大，所以U*I也增大，損耗就意味著(zhù)發(fā)熱。這是設計電路的最忌諱的錯誤。
2.頻率太高，主要是有時(shí)過(guò)分追求體積，導致頻率提高，MOS管上的損耗增大了，所以發(fā)熱也加大了。
3.沒(méi)有做好足夠的散熱設計，電流太高，MOS管標稱(chēng)的電流值，一般需要良好的散熱才能達到。所以ID小于最大電流，也可能發(fā)熱嚴重，需要足夠的輔助散熱片。
4.MOS管的選型有誤，對功率判斷有誤，MOS管內阻沒(méi)有充分考慮，導致開(kāi)關(guān)阻抗增大。
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