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MOS管
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  • MOS管損壞的原因及解決方案
    MOS管損壞的原因及解決方案
  • MOS管損壞的原因及解決方案
  •   發布日期: 2021-11-07  瀏覽次數: 8,476

    mos管是金屬(metal)—氧化物(oxide)—半導體(semiconductor)場效應晶體管,或者稱是金屬—絕緣體(insulator)—半導體。MOS管的source和drain是可以對調的,他們都是在P型backgate中形成的N型區。在多數情況下,這個兩個區是一樣的,即使兩端對調也不會影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱的。

    Mos損壞主要原因:

    過流:持續大電流或瞬間超大電流引起的結溫過高而燒毀;

    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生破壞的現象。

    在介質負載的開關運行斷開時產生的回掃電壓,或者由漏磁電感產生的尖峰電壓超出功率MOSFET的漏極額定耐壓并進入擊穿區而導致破壞的模式會引起雪崩破壞。

    典型電路:

    641

    第二種:器件發熱損壞

    由超出安全區域引起發熱而導致的。發熱的原因分為直流功率和瞬態功率兩種。

    直流功率原因:外加直流功率而導致的損耗引起的發熱

    導通電阻RDS(on)損耗(高溫時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(和其他損耗相比極小)

    瞬態功率原因:外加單觸發脈沖

    負載短路

    開關損耗(接通、斷開) *(與溫度和工作頻率是相關的)

    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的)

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

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

    641-3

    第四種:由寄生振蕩導致的破壞

    此破壞方式在并聯時尤其容易發生。在并聯功率MOS FET時未插入柵極電阻而直接連接時發生的柵極寄生振蕩。高速反復接通、斷開漏極-源極電壓時,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生此寄生振蕩。當諧振條件(ωL=1/ωC)成立時,在柵極-源極間外加遠遠大于驅動電壓Vgs(in)的振動電壓,公眾號:芯片電子之家。由于超出柵極-源極間額定電壓導致柵極破壞,或者接通、斷開漏極-源極間電壓時的振動電壓通過柵極-漏極電容Cgd和Vgs波形重疊導致正向反饋,因此可能會由于誤動作引起振蕩破壞。

    641-4

    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。

    641-5

    避免MOS因為器件發熱而造成的損壞,需要做好足夠的散熱設計。若通過增加散熱器和電路板的長度來供所有MOS管散熱,這樣就會增加機箱的體積,同時這種散熱結構,風量發散,散熱效果不好。

    MOS管被損壞的解決方案

    第一MOS管本身的輸入電阻很高,而柵源極間電容又非常小,所以極易受外界電磁場或靜電的感應而帶電,而少量電荷就可在極間電容上形成相當高的電壓(U=Q/C),將管子損壞。雖然MOS輸入端有抗靜電的保護措施,但仍需小心對待,在存儲和運輸中最好用金屬容器或者導電材料包裝,不要放在易產生靜電高壓的化工材料或化纖織物中。組裝、調試時,工具、儀表、工作臺等均應良好接地。要防止操作人員的靜電干擾造成的損壞,如不宜穿尼龍、化纖衣服,手或工具在接觸集成塊前最好先接一下地。對器件引線矯直彎曲或人工焊接時,使用的設備必須良好接地。

    第二MOS電路輸入端的保護二極管,其導通時電流容限一般為1mA,在可能出現過大瞬態輸入電流(超過10mA)時,應串接輸入保護電阻。因此應用時可選擇一個內部有保護電阻的MOS管應。還有由于保護電路吸收的瞬間能量有限,太大的瞬間信號和過高的靜電電壓將使保護電路失去作用。所以焊接時電烙鐵必須可靠接地,以防漏電擊穿器件輸入端,一般使用時,可斷電后利用電烙鐵的余熱進行焊接,并先焊其接地管腳。

    MOS是電壓驅動元件,對電壓很敏感,懸空的G很容易接受外部干擾使MOS導通,外部干擾信號對G-S結電容充電,這個微小的 電荷可以儲存很長時間。在試驗中G懸空很危險,很多就因為這樣爆管,G接個下拉電阻對地,旁路干擾信號就不會直通了,一般可以10~20K。這個電阻稱為柵極電阻,作用1:為場效應管提供偏置電壓;作用2:起到瀉放電阻的作用(保護柵極G~源極S)。第一個作用好理解,這里解釋一下第二個作用的原理:保護柵極G~源極S:場效應管的G-S極間的電阻值是很大的,這樣只要有少量的靜電就能使他的G-S極間的等效電容兩端產生很高的電壓,如果不及時把這些少量的靜電瀉放掉,他兩端的高壓就有可能使場效應管產生誤動作,甚至有可能擊穿其G-S極;這時柵極與源極之間加的電阻就能把上述的靜電瀉放掉,從而起到了保護場效應管的作用。


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