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什么是MOS管的雪崩及mos管雪崩擊穿原理!

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文章出處:驪微電子責任編輯:電源管理芯片人氣:-發表時間:2018-12-06 10:12
  什么是MOS管的雪崩,雪崩耐量,是指施加電壓時的抗擊穿性,當功率MOSFET在反向偏置時,受漏極電壓、電流等電氣量變化的影響,內部的載流子會被引發雪崩式倍增,導致功率MOSFET雪崩擊穿,功率mosfet的雪崩耐量是芯片中功率器件的關鍵指標,影響開關電源安規及可靠性,因此選擇雪崩耐量優異的分立器件或開關電源芯片是與電源系統可靠性緊密相關的。
  
  功率MOSFET由若干元胞并聯組成,每一個元胞包含三極管N印i,二級管DP+ 和電容Cgs、Cgd及Cdb為VDMOS內部寄生的器件,這些由功率MOSFET內部PN結間形成的等效器件中的空穴及電子在高頻時會受不同因素影響作用于功率M0SFET。
  
  正向導通時, 電子由源極表面反轉層形成的溝道進入漏極,在此過程中,僅寄生體二極管在飽和區產生一個小小的電流分量,而進入穩態后,寄生二極管,三極管對功率MOSFET影響很小。
  
  當功率 MOSFET器件反向關斷時,感性負載使漏端電壓高于功率MOSFET的規格電壓,這時會有兩種情況一是漏端能量作用于功率MOSFET寄生體二極管上,將其擊穿使功率MOSFET進入雪崩擊穿,二是漏端電壓變化率過大,引起寄生三極管Pi的基極串入電流使基極電壓超過其開啟電壓從而激活三極管進入導通狀態使功率MOSFET雪崩擊穿。
  
  功率器件并不是觸發雪崩就會損壞的,而是對雪崩能量有一定的承受能力,一般從以單脈沖雪崩耐量、重復雪崩耐量這兩個特性來考量某個功率器件承受的雪崩耐量的強弱,當功率器件承受的雪崩耐量超過極限后,芯片最終會損壞。
  
  單脈沖雪崩發生時,持續的時間一般在微秒量級,由于熱容的存在,瞬時熱量不足以傳遞到芯片引線框和封裝體,雪崩擊穿位置的溫度會急劇上升,當超過PN結極限溫度時,芯片熱擊穿損壞,所以單脈沖雪崩的極限溫度限制是PN結的熱擊穿溫度,而非器件手冊標稱的最高工作溫度Tjmax。
  
  重復雪崩主要有兩種,一種是重復雪崩過程中芯片結溫超過Tjmax,而帶來的器件損壞;另一種表現為重復雪崩老化過程中,由于熱載流子效應而帶來的器件參數漂移,是一個緩慢退化的過程。
  
  無論是哪一種情況引發的雪崩擊穿都會使功率MOSFET內的電荷激增,熱量無法及時釋放而導致功率MOSFET損壞,為更好配置功率MOSFET應用電路及客觀評價功率MOSFET本身性能,對功率MOSFET的雪崩耐量進行測試顯得尤為重要。

  對于那些在元件兩端產生較大尖峰電壓的應用場合,就要考慮器件的雪崩能量,電壓尖峰所集中的能量主要由電感和電流所決定,因此對于反激的應用場合,電路關斷時會產生較大的電壓尖峰。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,但是一些電源在輸出短路時,初級中會產生較大的電流,加上初級電感,器件就會有雪崩損壞的可能,因此在這樣的應用條件下,就要考慮器件的雪崩能量。另外,由于一些電機的負載是感性負載,而啟動和堵轉過程中會產生極高的沖擊電流,因此也要考慮器件的雪崩能量。
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