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探討開關(guān)電源之MOS管失效的原因
來源:東莞市成良智能科技 發(fā)布時(shí)間:2019-12-16 點(diǎn)擊量:1245
在開關(guān)電源之MOS管是金屬(metal)—氧化物(oxide)—半導(dǎo)體(semiconductor)場效應(yīng)晶體管,或者稱是金屬—絕緣體—半導(dǎo)體。下面對開關(guān)電源之MOS失效的原因總結(jié)以下六點(diǎn):
1:雪崩失效(電壓失效),也就是我們常說的漏源間的BVdss電壓超過開關(guān)電源之MOSFET的額定電壓,并且超過達(dá)到了一定的能力從而導(dǎo)致MOSFET失效。
2:SOA失效(電流失效),既超出開關(guān)電源之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(shí)間熱積累而導(dǎo)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(xù)流的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,由于體二極管遭受破壞而導(dǎo)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(shù)導(dǎo)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(shè)備靜電而導(dǎo)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(dǎo)致柵極柵氧層失效。
到底什么是雪崩失效呢,簡單來說開關(guān)電源之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(dǎo)致的一種失效模式。簡而言之就是由于就是開關(guān)電源之MOSFET漏源極的電壓超過其規(guī)定電壓值并達(dá)到一定的能量限度而導(dǎo)致的一種常見的失效模式。
可能我們經(jīng)常要求器件生產(chǎn)廠家對我們開關(guān)電源板上的MOSFET進(jìn)行失效分析。雪崩失效的預(yù)防措施,它歸根結(jié)底是電壓失效,因此預(yù)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(nèi)的降額一般選取80%-95%的降額,具體情況根據(jù)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(shè)計(jì)。
4:大電流布線盡量采用粗、短的布局結(jié)構(gòu),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(jù)需要適當(dāng)?shù)募尤隦C減震或齊納二極管進(jìn)行吸收。
SOA失效(電流失效)再簡單說下第二點(diǎn),SOA失效
SOA失效是指電源在運(yùn)行時(shí)異常的大電流和電壓同時(shí)疊加在開關(guān)電源之MOSFET上面,造成瞬時(shí)局部發(fā)熱而導(dǎo)致的破壞模式?;蛘呤切酒c散熱器及封裝不能及時(shí)達(dá)到熱平衡導(dǎo)致熱積累,持續(xù)的發(fā)熱使溫度超過氧化層限制而導(dǎo)致的熱擊穿模式。
關(guān)于SOA各個(gè)線的參數(shù)限定值可以參考。
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(gè)脈沖電流。 5:擊穿電壓BVDSS限制區(qū)
我們開關(guān)電源上的MOSFET,只要保證能器件處于上面限制區(qū)的范圍內(nèi),就能有效的規(guī)避由于MOSFET而導(dǎo)致的電源失效問題的產(chǎn)生。SOA失效的預(yù)防措施:
1:確保在最差條件下,開關(guān)電源之MOSFET的所有功率限制條件均在SOA限制線以內(nèi)。2:將OCP功能一定要做精確細(xì)致。
在進(jìn)行OCP點(diǎn)設(shè)計(jì)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(jù)開關(guān)電源之IC的保護(hù)電壓比如0.7V開始調(diào)試RSENSE電阻。有些有經(jīng)驗(yàn)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(nèi)。但是此時(shí)有個(gè)更值得關(guān)注的參數(shù),那就是MOSFET的Td(off)。3:合理的熱設(shè)計(jì)余量,這個(gè)就不多說了,各個(gè)企業(yè)都有自己的降額規(guī)范,嚴(yán)格執(zhí)行就可以了,不行就加散熱器。
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