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），也就是我們常說的漏源間的BVdss電壓超過MOSFET的額定電壓，并且超過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(qū)引起失效，分為Id超出器件規(guī)格失效以及Id過大，損耗過高器件長時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行續(xù)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(jié)，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，簡單來說MOSFET在電源板上由于母線電壓、變壓器反射電壓、漏感尖峰電壓等等系統(tǒng)電壓疊加在MOSFET漏源之間，導致的一種失效模式。簡而言之就是由于就是MOSFET漏源極的電壓超過其規(guī)定電壓值并達到一定的能量限度而導致的一種常見的失效模式。
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單了解下。
可能我們經常要求器件生產廠家對我們電源板上的MOSFET進行失效分析，大多數廠家都僅僅給一個EAS.EOS之類的結論，那么到底我們怎么區(qū)分是否是雪崩失效呢，下面是一張經過雪崩測試失效的器件圖，我們可以進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，因此預防我們著重從電壓來考慮。具體可以參考以下的方式來處理。
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注點進行選取。
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：大電流布線盡量采用粗、短的布局結構，盡量減少布線寄生電感。
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行吸收。
再簡單說下第二點，SOA失效
SOA失效是指電源在運行時異常的大電流和電壓同時疊加在MOSFET上面，造成瞬時局部發(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達到熱平衡導致熱積累，持續(xù)的發(fā)熱使溫度超過氧化層限制而導致的熱擊穿模式。
關于SOA各個線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(jié)溫下的RDSON。
3：受限于器件最大的耗散功率。
4：受限于最大單個脈沖電流。
5：擊穿電壓BVDSS限制區(qū)
我們電源上的MOSFET，只要保證能器件處于上面限制區(qū)的范圍內，就能有效的規(guī)避由于MOSFET而導致的電源失效問題的產生。
這個是一個非典型的SOA導致失效的一個解刨圖，由于去過鋁，可能看起來不那么直接，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限制線以內。
2：將OCP功能一定要做精確細致。
在進行OCP點設計時，一般可能會取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開始調試RSENSE電阻。有些有經驗的人會將檢測延遲時間、CISS對OCP實際的影響考慮在內。但是此時有個更值得關注的參數，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，有個下跌，這個下跌點后又有一段的上升時間，這段時間其本質就是IC在檢測到過流信號執(zhí)行關斷后，MOSFET本身也開始執(zhí)行關斷，但是由于器件本身的關斷延遲，因此電流會有個二次上升平臺，如果二次上升平臺過大，那么在變壓器余量設計不足時，就極有可能產生磁飽和的一個電流沖擊或者電流超器件規(guī)格的一個失效。
3：合理的熱設計余量，這個就不多說了，各個企業(yè)都有自己的降額規(guī)范，嚴格執(zhí)行就可以了，不行就加散熱器。
1.電路設計的問題，就是讓MOS管工作在線性的工作狀態(tài)，而不是在開關狀態(tài)。這也是導致MOS管發(fā)熱的一個原因。如果N-MOS做開關，G級電壓要比電源高幾V，才能完全導通，P-MOS則相反。沒有完全打開而壓降過大造成功率消耗，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，主要是有時過分追求體積，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.沒有做好足夠的散熱設計，電流太高，MOS管標稱的電流值，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管內阻沒有充分考慮，導致開關阻抗增大。
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