p<span style='color:red'>mos管</span>工作原理及详解
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pmos管工作原理及详解

　　PMOS管是MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的一种类型，属于场效应管。PMOS管在集成电路中具有重要作用，常用于数字电路和模拟电路中，广泛应用于逻辑门、存储器单元等电路中。　　1.工作原理　　1. 结构组成　　PMOS管由P型衬底(Substrate)、P型掺杂漏极(Source)、漏极(Drain)以及控制栅极(Gate)构成。在N型衬底上形成P型沟道，通过栅极施加电压来控制沟道导通情况。　　2. 原理简述　　沟道关闭状态：当栅极对源极施加正电压时，形成P-N结反向偏置，使得P型沟道被击穿，PMOS管截止。　　沟道导通状态：当栅极对源极施加负电压时，栅极与源极间的电场将P型沟道吸引，沟道形成导通通道，PMOS管导通。　　3. 工作原理　　导通状态：当栅极电压低于源极电压，P型沟道被吸引，电流从漏极到源极流动，PMOS管处于导通状态。　　截止状态：当栅极电压高于源极电压，P型沟道被击穿，无法形成导通通道，PMOS管处于截止状态。　　2.特点与优势　　1. 低功耗　　由于PMOS管在禁止区域消耗功率较小，适合设计低功耗电路。　　2. 高噪声容限　　相较于NMOS管，PMOS管具有更高的噪声容限，适合在噪声环境下工作。　　3. 抗静电能力强　　PMOS管抗静电能力较强，不易受外界干扰而损坏。　　4. 适用范围广　　PMOS管适用于CMOS电路、开关电路、放大电路等多种电路中，具有广泛的应用领域。　　3.应用领域　　1. 数字电路：PMOS管常用于逻辑门、存储单元等电路中，起到信号放大、传输和控制的作用。　　2. 模拟电路：PMOS管可用于放大器、滤波器等电路中，实现信号处理和调节功能。　　3. CMOS电路：在CMOS(互补金属氧化物半导体)中，PMOS管与NMOS管结合使用，构成数字逻辑电路、微处理器等芯片中的关键部分。　　4. 消费电子产品：PMOS管被广泛应用于手机、平板电脑、电视机等消费电子产品中，用于控制电路、功率管理等方面。　　5. 电源管理：在电源管理系统中，PMOS管用于开关电源、稳压器等电路中，提供电路的开关和调节功能。
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发布时间：2024-08-21 11:06 阅读量：484 继续阅读>>
MOS管小电流发热怎么处理？
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MOS管小电流发热怎么处理？

　　Source、Drain、Gate —— 场效应管的三极：源级S、漏级D、栅级G。(这里不讲栅极GOX击穿了啊，只针对漏极电压击穿)　　先讲测试条件，都是源栅衬底都是接地，然后扫描漏极电压，直至Drain端电流达到1uA。所以从器件结构上看，它的漏电通道有三条：Drain到source、Drain到Bulk、Drain到Gate。　　Drain→Source穿通击穿：　　这个主要是Drain加反偏电压后，使得Drain/Bulk的PN结耗尽区延展，当耗尽区碰到Source的时候，那源漏之间就不需要开启就形成了通路，所以叫做穿通(punch through)。　　那如何防止穿通呢?这就要回到二极管反偏特性了，耗尽区宽度除了与电压有关，还与两边的掺杂浓度有关，浓度越高可以抑制耗尽区宽度延展，所以flow里面有个防穿通注入(APT：AnTI Punch Through)，记住它要打和well同type的specis。　　当然实际遇到WAT的BV跑了而且确定是从Source端走了，可能还要看是否 PolyCD或者Spacer宽度，或者LDD_IMP问题了，那如何排除呢?这就要看你是否NMOS和PMOS都跑了?POLY CD可以通过Poly相关的WAT来验证。对吧?　　对于穿通击穿，有以下一些特征：　　✦穿通击穿的击穿点软，击穿过程中，电流有逐步增大的特征，这是因为耗尽层扩展较宽，产生电流较大。另一方面，耗尽层展宽大容易发生DIBL效应，使源衬底结正偏出现电流逐步增大的特征。　　✦穿通击穿的软击穿点发生在源漏的耗尽层相接时，此时源端的载流子注入到耗尽层中，被耗尽层中的电场加速达到漏端，因此，穿通击穿的电流也有急剧增大点，这个电流的急剧增大和雪崩击穿时电流急剧增大不同，这时的电流相当于源衬底PN结正向导通时的电流，而雪崩击穿时的电流主要为PN结反向击穿时的雪崩电流，如不作限流，雪崩击穿的电流要大。　　✦穿通击穿一般不会出现破坏性击穿。因为穿通击穿场强没有达到雪崩击穿的场强，不会产生大量电子空穴对。　　✦穿通击穿一般发生在沟道体内，沟道表面不容易发生穿通，这主要是由于沟道注入使表面浓度比浓度大造成，所以，对NMOS管一般都有防穿通注入。　　✦一般的，鸟嘴边缘的浓度比沟道中间浓度大，所以穿通击穿一般发生在沟道中间。　　✦多晶栅长度对穿通击穿是有影响的，随着栅长度增加，击穿增大。而对雪崩击穿，严格来说也有影响，但是没有那么显著。　　Drain→Bulk雪崩击穿：　　这就单纯是PN结雪崩击穿了(Avalanche Breakdown)，主要是漏极反偏电压下使得PN结耗尽区展宽，则反偏电场加在了PN结反偏上面，使得电子加速撞击晶格产生新的电子空穴对 (Electron-Hole pair)，然后电子继续撞击，如此雪崩倍增下去导致击穿，所以这种击穿的电流几乎快速增大，I-V curve几乎垂直上去，很容烧毁的。(这点和源漏穿通击穿不一样)　　那如何改善这个junction BV呢?所以主要还是从PN结本身特性讲起，肯定要降低耗尽区电场，防止碰撞产生电子空穴对，降低电压肯定不行，那就只能增加耗尽区宽度了，所以要改变 doping profile了，这就是为什么突变结(Abrupt junction)的击穿电压比缓变结(Graded junction)的低。这就是学以致用，别人云亦云啊。　　当然除了doping profile，还有就是doping浓度，浓度越大，耗尽区宽度越窄，所以电场强度越强，那肯定就降低击穿电压了。而且还有个规律是击穿电压通常是由低 浓度的那边浓度影响更大，因为那边的耗尽区宽度大。公式是BV=K*(1/Na+1/Nb)，从公式里也可以看出Na和Nb浓度如果差10倍，几乎其中一 个就可以忽略了。　　那实际的process如果发现BV变小，并且确认是从junction走的，那好好查查你的Source/Drain implant了。　　Drain→Gate击穿：　　这个主要是Drain和Gate之间的Overlap导致的栅极氧化层击穿，这个有点类似GOX击穿了，当然它更像Poly finger的GOX击穿了，所以他可能更care poly profile以及sidewall damage了。当然这个Overlap还有个问题就是GIDL，这个也会贡献Leakage使得BV降低。　　上面讲的就是MOSFET的击穿的三个通道，通常BV的case以前两种居多。Off-state下的击穿，也就是Gate为0V的时候，但是有的时候Gate开启下Drain加电压过高也会导致击穿的，我们称之为On-state击穿。这种情况尤其喜欢发生在Gate较低电压时，或者管子刚刚开启时，而且几乎都是NMOS。所以我们通常WAT也会测试BVON。　　02、如何处理MOS管小电流发热严重情况?　　MOS管，做电源设计，或者做驱动方面的电路，难免要用到MOS管。MOS管有很多种类，也有很多作用。做电源或者驱动的使用，当然就是用它的开关作用。　　无论N型或者P型MOS管，其工作原理本质是一样的。MOS管是由加在输入端栅极的电压来控制输出端漏极的电流。MOS管是压控器件它通过加在栅极上的电压控制器件的特性，不会发生像三极管做开关时的因基极电流引起的电荷存储效应，因此在开关应用中，MOS管的开关速度应该比三极管快。　　我们经常看MOS管的PDF参数，MOS管制造商采用RDS(ON)参数来定义导通阻抗，对开关应用来说，RDS(ON)也是最重要的器件特性。数据手册定义RDS(ON)与栅极(或驱动)电压VGS以及流经开关的电流有关，但对于充分的栅极驱动，RDS(ON)是一个相对静态参数。一直处于导通的MOS管很容易发热。　　另外，慢慢升高的结温也会导致RDS(ON)的增加。MOS管数据手册规定了热阻抗参数，其定义为MOS管封装的半导体结散热能力。RθJC的最简单的定义是结到管壳的热阻抗。　　03、MOS管小电流发热的原因　　✦电路设计的问题，就是让MOS管工作在线性的工作状态，而不是在开关状态。这也是导致MOS管发热的一个原因。如果N-MOS做开关，G级电压要比电源高几V，才能完全导通，P-MOS则相反。没有完全打开而压降过大造成功率消耗，等效直流阻抗比较大，压降增大，所以U*I也增大，损耗就意味着发热。这是设计电路的最忌讳的错误。　　✦频率太高，主要是有时过分追求体积，导致频率提高，MOS管上的损耗增大了，所以发热也加大了。　　✦没有做好足够的散热设计，电流太高，MOS管标称的电流值，一般需要良好的散热才能达到。所以ID小于最大电流，也可能发热严重，需要足够的辅助散热片。　　✦MOS管的选型有误，对功率判断有误，MOS管内阻没有充分考虑，导致开关阻抗增大。　　04、MOS管小电流发热严重怎么解决　　✦做好MOS管的散热设计，添加足够多的辅助散热片。　　✦贴散热胶。　　05、MOS管为什么可以防止电源反接?　　电源反接，会给电路造成损坏，不过，电源反接是不可避免的。所以，我们就需要给电路中加入保护电路，达到即使接反电源，也不会损坏的目的。　　一般可以使用在电源的正极串入一个二极管解决，不过，由于二极管有压降，会给电路造成不必要的损耗，尤其是电池供电场合，本来电池电压就3.7V，你就用二极管降了0.6V，使得电池使用时间大减。　　MOS管防反接，好处就是压降小，小到几乎可以忽略不计。现在的MOS管可以做到几个毫欧的内阻，假设是6.5毫欧，通过的电流为1A(这个电流已经很大了)，在他上面的压降只有6.5毫伏。由于MOS管越来越便宜，所以人们逐渐开始使用MOS管防电源反接了。　　NMOS管防止电源反接电路：　　正确连接时：刚上电，MOS管的寄生二极管导通，所以S的电位大概就是0.6V，而G极的电位，是VBAT，VBAT-0.6V大于UGS的阀值开启电压，MOS管的DS就会导通，由于内阻很小，所以就把寄生二极管短路了，压降几乎为0。　　电源接反时：UGS=0，MOS管不会导通，和负载的回路就是断的，从而保证电路安全。　　PMOS管防止电源反接电路：　　正确连接时：刚上电，MOS管的寄生二极管导通，电源与负载形成回路，所以S极电位就是VBAT-0.6V，而G极电位是0V，PMOS管导通，从D流向S的电流把二极管短路。　　电源接反时：G极是高电平，PMOS管不导通。保护电路安全。　　连接技巧：NMOS管DS串到负极，PMOS管DS串到正极，让寄生二极管方向朝向正确连接的电流方向。　　感觉DS流向是“反”的?仔细的朋友会发现，防反接电路中，DS的电流流向，和我们平时使用的电流方向是反的。　　为什么要接成反的?利用寄生二极管的导通作用，在刚上电时，使得UGS满足阀值要求。　　为什么可以接成反的?如果是三极管，NPN的电流方向只能是C到E，PNP的电流方向只能是E到C。不过，MOS管的D和S是可以互换的。这也是三极管和MOS管的区别之一。　　06、MOS管功率损耗测量　　MOSFET/IGBT的开关损耗测试是电源调试中非常关键的环节，但很多工程师对开关损耗的测量还停留在人工计算的感性认知上，PFC MOSFET的开关损耗更是只能依据口口相传的经验反复摸索，那么该如何量化评估呢?　　功率损耗的原理图和实测图　　一般来说，开关管工作的功率损耗原理图下图所示，主要的能量损耗体现在“导通过程”和“关闭过程”，小部分能量体现在“导通状态”，而关闭状态的损耗很小几乎为0，可以忽略不计。　　实际的测量波形图一般下图所示。　　MOSFET和PFC MOSFET的测试区别　　对于普通MOS管来说，不同周期的电压和电流波形几乎完全相同，因此整体功率损耗只需要任意测量一个周期即可。但对于PFC MOS管来说，不同周期的电压和电流波形都不相同，因此功率损耗的准确评估依赖较长时间(一般大于10ms)，较高采样率(推荐1G采样率)的波形捕获，此时需要的存储深度推荐在10M以上，并且要求所有原始数据(不能抽样)都要参与功率损耗计算，实测截图下图所示。
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发布时间：2024-07-17 14:18 阅读量：431 继续阅读>>
多个MOS管并联应用场景的四大要点
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多个MOS管并联应用场景的四大要点

　　功率MOS管具有优异的热稳定性，不会发生热失控，因此 并联多个MOSFET是一种很常见的使用方法，它可以减少传导损耗和分散功耗，以便限制最大结温。　　1.功率MOS并联要点　　在高速下空中高功率下，进行并行连接时，最主要的是需要避免电流集中，以及过电流，能够确保在所有可能的负载条件下，很好地平衡、均匀所有流过器件的电流。　　2.功率MOS并联时的静态/动态动作　　静态：　　Rds(on)较低的MOS管能够导通更多的电流。　　当它升温时，Rds(on)增加，部分电流将转移到其它MOS管上，电流共享取决于每个MOS的相对的电阻值。　　注意：a.每个MOS的电流与其接通电阻的Rds(on)的倒数成正比关系;　　b.热耦合良好的平行放置MOS的结温度大致相同。　　动态：　　动态运行时，阈值电压Vgsth最低的MOS管首先打开，最后关闭。这种MOS管一般会占据更多的开关损耗，并且在开关转换过程中，承担了更高的电应力。　　3.开启、关断阈值保持一致　　由于功率MOS切换时间会有所差异，因此在通电和断电期间容易出现不平衡，而在开关时间上的变化很大程度是由门-源阈值电压Vth的值。即：Vth的值越小，通电时间越快。相反，断电期间，Vth的值越大，截止的速度就越快。　　此外，当电流集中在一个具有较小Vth的功率MOS上时，通电与断电的过程中会出现电流不平衡，这会让设备功率损耗过大，导致故障。因此，最好使用相近Vth值以及开关时间的变化，在每个MOS之间插入一个电阻，可以确保稳定运行以及防止异常振荡。　　4. 其他要点　　A.每个MOS需要栅极电阻，且阻值在几Ω到几十Ω,防止电流共享和振荡;　　B.MOS管具备良好的热耦合，确保电流和热平衡;　　C.避免在GS之间添加外部器件，可以适当调整电阻值，优化开关速度。　　问题来了，那并联多个双极晶体管和MOS管有什么主要区别吗?　　双极晶体管由于是基极电流驱动，因此电流平衡更容易被基极-发射极电压Vbe的波动所破坏，这样会导致并联连接均衡会变得困难。　　而功率MOS管，由于是电压驱动，因此只需要向并联连接的每个MOS管提供驱动电压就可以保持相当不错的均衡性，使并联更加容易，因此MOS管相比双极晶体管，在多个并联的场景中会更有优势。
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发布时间：2024-07-16 11:13 阅读量：418 继续阅读>>
增强型和耗尽型MOS管的区别和联系
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增强型和耗尽型MOS管的区别和联系

　　金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)是一种常见的场效应晶体管，在电子学领域中具有重要应用。增强型(Enhancement-mode)MOS管和耗尽型(Depletion-mode)MOS管是两种常见类型的MOS管。　　1. 增强型MOS管　　原理：增强型MOS管需要外加正向偏置电压才能导通。当栅极与源极之间施加正电压时，形成强电场使得沟道中出现自由载流子，从而使器件导通。　　特点　　需要外部电压控制才能导通。　　关断状态下无载流子通道。　　2. 耗尽型MOS管　　原理：耗尽型MOS管在零门源电压时处于导通状态，需要施加负向偏置电压才能够截止。沟道中存在固有载流子，故处于导通状态。　　特点　　在零门源电压时即可导通。　　需要施加逆偏电压才能够截至。　　3. 区别比较　　3.1 导通状态　　增强型MOS管：需要外部正向偏置电压才能导通。　　耗尽型MOS管：在零门源电压下即可导通。　　3.2 关断状态　　增强型MOS管：在关断状态下无载流子通道。　　耗尽型MOS管：存在固有载流子通道，不需要外部电压来维持导通状态。　　3.3 控制方式　　增强型MOS管：需要外部电压控制，控制灵活性更高。　　耗尽型MOS管：通过施加逆偏电压实现截止，控制相对简单。　　4. 优缺点比较　　增强型MOS管　　优点：控制灵活，需外部电压控制。在关断状态下无载流子通道，功耗低。　　缺点：需要额外的正向偏压，控制复杂。　　耗尽型MOS管　　优点：零门源电压时即可导通，控制简单。不需要额外的外部电压来维持导通状态。　　缺点：在关断状态下仍有载流子通道，存在静态功耗。　　5. 应用领域　　增强型MOS管：适用于需要频繁开关的功率放大器和数字逻辑电路等场景。可用于信号转换、功率调节等需要较高控制精度的应用。　　耗尽型MOS管：适用于对控制要求不齐的应用领域，如模拟电路中的放大器和传感器等。可用于需要恒定电流或电压输出的场合，例如电源管理和稳压器等。　　6. 性能对比　　增强型MOS管　　响应速度：由于需要外部正向偏压，响应速度相对较慢。　　功耗：在关断状态下无载流子通道，功耗较低。　　耗尽型MOS管　　响应速度：在零门源电压下即可导通，响应速度较快。　　功耗：在关断状态下仍有载流子通道，存在静态功耗。　　增强型和耗尽型MOS管在实际应用中常常结合使用，以满足不同的需求。例如，在数字集成电路中，增强型MOS管多用于逻辑门等控制电路中，而耗尽型MOS管则常用于模拟电路中的放大器等场合。通过合理选择和组合这两种类型的MOS管，可以实现更加灵活和高效的电路设计。　　此外，增强型MOS管和耗尽型MOS管在电源管理、信号调节、功率放大和开关控制等领域都有广泛的应用。工程师可以根据具体的应用需求和性能要求选择合适的MOS管类型，以达到最佳的性能和功耗平衡。
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发布时间：2024-06-28 10:10 阅读量：501 继续阅读>>
MOS管失效的六大原因
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MOS管失效的六大原因

　　功率器件在近几年的市场方面发展的非常火爆，尤其是 MOS 管，他主要应用在电源适配器，电池管理系统以及逆变器和电机控制系统中。　　而随着计算器主板，AI 显卡，服务器等行业的爆发，低压功率 MOS 管将再次迎来爆发性的市场需求。　　在开关电源应用领域，由于电源的 Controller 做的已经非常完善，且大部分 Controller 为纯硬件控制，厂家一般也会对布局布线和 MOS 的驱动做专门的优化，因此在开关电源应用中的 MOS 烧坏的情况比较少，大部分表现为过热。　　而在电池管理系统，和电机控制系统以及逆变器系统中，MOS 管的烧坏概率就变得非常大，其原因在于，电池管理系统的保护瞬间电流突变，电机和逆变器系统中的 MOS 带载都是非常大的感性负载，尤其是电机控制还面临着制动带来的反向电动势，都对 MOS 管的工作电压和电流提出了更大的挑战。　　今天我们趁热打铁，分析一下 MOS 管最常见的 6 个失效模式。　　失效模式 雪崩失效雪崩失效指的就是过压击穿，也就是我们常常说的漏极和源极之间的电压超过了 MOSFET 的额定电压，并且达到了 MOSFET 耐受的极限，从而导致 MOSFET 失效。　　SOA 失效SOA 失效指的是过流损坏，也就是说，电流超过了 MOSFET 的安全工作区引起的失效，一般是由于 Id 超过了器件规格测定的最大值，使得 MOSFET 的热损耗过大，长期热量累积而导致的失效。　　静电失效静电失效比较好理解，几乎任何电子元器件都面临静电问题，尤其是在北方干燥的冬天。要知道，MOS 管的一般静电耐受是 500V，非常的脆弱，所以冬天我们在操作 MOS 管的时候还是尽量使用防静电手环和镊子。　　栅极击穿栅极击穿指的是栅极遭受异常电压导致栅极栅氧化层失效，一般我们驱动 MOS 管的 Vgs 设定在 12V，器件手册中虽然标注了 Vth 一般在 2-5V，但是对于不同的 Vgs 会对应不同的 Rdson，因此我们通常选用 12V 或者 15V 来保证 MOSFET 的完全开启。而这个电压并不能像 MOS 的 Vds 一样具备很高的耐电压能力，Vgs 一般会被限制在 20V 以内，超过 20V 将有可能击穿栅极。　　栅极击穿后，一般使用万用表可以测量出来，GS 之间短路，而 DS 之间正常成高阻态。　　谐振失效无论是电池管理系统，还是逆变器和电机控制领域，我们通常会使用 MOS 的多并联设计，由于 MOSFET 本身参数的不一致性会导致每个 MOSFET 的栅极及电路寄生参数不同，在一同开关的时候，由于开通的先后顺序问题引起开关震荡，进一步损坏MOSFET，因此在并联使用的时候一定要注意布局布线，以及 MOS 的Vth 选择和供应链管理，这一点我将专门另一起篇文章讨论。　　体二极管失效在电机控制，桥式整流和 LLC 等控制系统中，我们需要利用 MOSFET 的体二极管进行续流，一般情况下体二极管的反向恢复时间会比较慢，因此容易出现过功率而导致体二极管失效。因此一般控制频率比较高的系统中，我们需要在 MOSFET 外面并联一个快恢复二极管或者肖特基。下面，我们就过压击穿和过流烧毁再详细分析一下它的失效过程和预防措施　　雪崩失效及其预防　　简单来说，MOSFET 在电源板上由于母线电压，变压器反射电压，电机的反向电动势，漏感尖峰电压等等系统中的高压交叠之后，都将叠加在 MOSFET 的漏源极之间。MOSFET 的手册中一般会包含单面冲雪崩能量 Eas、重复脉冲雪崩能量 Ear 和单次脉冲雪崩电流 Ias 等参数，这些参数反映了该功率 MOSFET 的雪崩能力。　　‍其实在实际的 MOSFET 中还存在着一个寄生的三极管，就像漏源极之间的续流二极管一样，可以看下面的内部示意图和对应的等效电路图：　　我们可以看到，这个寄生的 BJT 是直接并联在 MOSFET 上面的，因此，当 MOSFET 漏极存在一个大电流 Id 和高压 Vd 时，器件内部的电离作用加剧，出现大量的空穴电流，这些电流流过 Rb 电阻进入源极就导致了寄生三极管的基极电势升高，也就是 Vb 会升高，那么寄生三极管就会导通，从而发生雪崩击穿，所以，其内部是由于过压产生了电流流入了寄生三极管，三极管导通了，就等于 MOSFET 也导通了。　　预防的措施：雪崩失效归根结底是电压失效，因此预防我们着重从电压来考虑。具体可以参考以下的方式来处理。1：合理降额使用，目前行业内的降额一般选取80%-95%的降额，具体情况根据企业的保修条款及电路关注点进行选取。2：合理的变压器反射电压。3：合理的RCD及TVS吸收电路设计。4：大电流布线尽量采用粗、短的布局结构，尽量减少布线寄生电感。5：选择合理的栅极电阻Rg。6：在大功率电源中，可以根据需要适当的加入RC减震或齐纳二极管进行吸收。　　SOA失效机器预防SOA失效是指电源在运行时异常的大电流和电压同时叠加在MOSFET上面，造成瞬时局部发热而导致的破坏模式。或者是芯片与散热器及封装不能及时达到热平衡导致热积累，持续的发热使温度超过氧化层限制而导致的热击穿模式。关于SOA各个线的参数限定值可以参考下面图片，每个 MOSFET 的数据手册里面都有。　　下面我们分析下图中标注的 5 个区域的含义　　这个地方主要限制最大的额定电流和脉冲电流，因为此刻的横轴显示电压很低，那么更多的是大电流导致的 SOA 失效。　　在 2 的区域内属于电流电压都安全的区域，但是也要看器件的结温(取决于 Rdson 大小)，如果结温超过了 150 度，也会导致 SOA 失效。　　在 3 号区域内，我们可以看到根据不同的时间被扩展了三次，分别对应着 10ms，1ms 和 100us，这里主要看器件的耗散功率，本质上是能够承受住 10ms 的最大电流值。　　在 4 号区域，这是一个电流值封顶的区域，这里指的就是脉冲电流的最大值的限制，超过了就会导致 SOA 失效。　　在 5 号区域，这是一个电压的封顶区域，这里主要限制 Vds 上的电压。　　我们电路中的MOSFET，只要保证能器件处于上面限制区的范围内(2 和 3)，就能有效的规避由于MOSFET而导致的电源失效问题的产生。预防措施：　　确保在最差条件下，MOSFET的所有功率限制条件均在SOA限制线以内。　　将OCP功能一定要做精确细致。在进行OCP点设计时，一般可能会取1.1-1.5倍电流余量，然后就根据IC的保护电压比如0.7V开始调试RSENSE电阻。另外有些MOSDriver 还集成了过流保护功能，也可以尝试，就是贵。　　合理的热设计冗余也是非常必要的，对于额定电流和最大电流工作时间的可靠性测试必不可少，记得叠加上工作环境温度。
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发布时间：2024-04-23 11:51 阅读量：638 继续阅读>>
MOS管和IGBT管有什么区别？
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MOS管和IGBT管有什么区别？

　　在电路设计中，MOS管和IGBT管会经常出现，它们都可以作为开关元件来使用，MOS管和IGBT管在外形及特性参数也比较相似，那为什么有些电路用MOS管?而有些电路用IGBT管? 下面我们就来了解一下，MOS管和IGBT管到底有什么区别吧!　　什么是MOS管?　　场效应管主要有两种类型，分别是结型场效应管(JFET)和绝缘栅场效应管(MOS管)。　　MOS管即MOSFET，中文全称是金属-氧化物半导体场效应晶体管，由于这种场效应管的栅极被绝缘层隔离，所以又叫绝缘栅场效应管。 MOSFET又可分为N沟耗尽型和增强型;P沟耗尽型和增强型四大类。　　如上图，MOSFET种类与电路符号。　　有的MOSFET内部会有个二极管，这是体二极管，或者叫寄生二极管、续流二极管。　　关于寄生二极管的作用，有两种解释：　　MOSFET的寄生二极管，作用是防止VDD过压的情况下，烧坏MOS管，因为在过压对MOS管造成破坏之前，二极管先反向击穿，将大电流直接到地，从而避免MOS管被烧坏。　　防止MOS管的源极和漏极反接时烧坏MOS管，也可以在电路有反向感生电压时，为反向感生电压提供通路，避免反向感生电压击穿MOS管。　　MOSFET具有输入阻抗高、开关速度快、热稳定性好、电压控制电流等特性，在电路中，可以用作放大器、电子开关等用途。　　什么是IGBT?　　IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由晶体三极管和MOS管组成的复合型半导体器件。　　IGBT作为新型电子半导体器件，具有输入阻抗高，电压控制功耗低，控制电路简单，耐高压，承受电流大等特性，在各种电子电路中获得极广泛的应用。　　IGBT的电路符号至今并未统一，画原理图时一般是借用三极管、MOS管的符号，这时可以从原理图上标注的型号来判断是IGBT还是MOS管。 同时还要注意IGBT有没有体二极管，图上没有标出并不表示一定没有，除非官方资料有特别说明，否则这个二极管都是存在的。　　IGBT内部的体二极管并非寄生的，而是为了保护IGBT脆弱的反向耐压而特别设置的，又称为FWD(续流二极管)。 判断IGBT内部是否有体二极管也并不困难，可以用万用表测量IGBT的C极和E极，如果IGBT是好的，C、E两极测得电阻值无穷大，则说明IGBT没有体二极管。　　IGBT非常适合应用于如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。　　MOS管和IGBT的结构特点　　MOS管和IGBT管的内部结构如下图所示。　　IGBT是通过在MOSFET的漏极上追加层而构成的。　　IGBT的理想等效电路如下图所示，IGBT实际就是MOSFET和晶体管三极管的组合，MOSFET存在导通电阻高的缺点，但IGBT克服了这一缺点，在高压时IGBT仍具有较低的导通电阻。　　另外，相似功率容量的IGBT和MOSFET，IGBT的速度可能会慢于MOSFET，因为IGBT存在关断拖尾时间，由于IGBT关断拖尾时间长，死区时间也要加长，从而会影响开关频率。选择MOS管还是IGBT?　　在电路中，选用MOS管作为功率开关管还是选择IGBT管，这是工程师常遇到的问题，如果从系统的电压、电流、切换功率等因素作为考虑，可以总结出以下几点：　　也可从下图看出两者使用的条件，阴影部分区域表示MOSFET和IGBT都可以选用，“?”表示当前工艺还无法达到的水平。　　总的来说，MOSFET优点是高频特性好，可以工作频率可以达到几百kHz、上MHz，缺点是导通电阻大在高压大电流场合功耗较大;而IGBT在低频及较大功率场合下表现卓越，其导通电阻小，耐压高。　　MOSFET应用于开关电源、镇流器、高频感应加热、高频逆变焊机、通信电源等等高频电源领域;IGBT集中应用于焊机、逆变器、变频器、电镀电解电源、超音频感应加热等领域。
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发布时间：2024-02-27 10:53 阅读量：2733 继续阅读>>
MOS管封装类型及选型
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MOS管封装类型及选型

　　选择到一款正确的MOS管，可以很好地控制生产制造成本，最为重要的是，为产品匹配了一款最恰当的元器件，这在产品未来的使用过程中，将会充分发挥其“螺丝钉”的作用，确保设备得到最高效、最稳定、最持久的应用效果。　　那么面对市面上琳琅满目的MOS管，该如何选择呢?下面，我们就分7个步骤来阐述MOS管的选型要求。　　首先是确定N、P沟道的选择　　MOS管有两种结构形式，即N沟道型和P沟道型，结构不一样，使用的电压极性也会不一样，因此，在确定选择哪种产品前，首先需要确定采用N沟道还是P沟道MOS管。　　在典型的功率应用中，当一个MOS管接地，而负载连接到干线电压上时，该MOS管就构成了低压侧开关。在低压侧开关中，应采用N沟道MOS管，这是出于对关闭或导通器件所需电压的考虑。　　当MOS管连接到总线及负载接地时，就要用高压侧开关。通常会在这个拓扑中采用P沟道MOS管，这也是出于对电压驱动的考虑。　　要选择适合应用的器件，必须确定驱动器件所需的电压，以及在设计中最简易执行的方法。　　第二步是确定电压　　额定电压越大，器件的成本就越高。从成本角度考虑，还需要确定所需的额定电压，即器件所能承受的最大电压。根据实践经验，额定电压应当大于干线电压或总线电压，一般会留出1.2~1.5倍的电压余量，这样才能提供足够的保护，使MOS管不会失效。　　就选择MOS管而言，必须确定漏极至源极间可能承受的最大电压，即最大VDS。由于MOS管所能承受的最大电压会随温度变化而变化，设计人员必须在整个工作温度范围内测试电压的变化范围。额定电压必须有足够的余量覆盖这个变化范围，确保电路不会失效。　　此外，设计工程师还需要考虑其他安全因素：如由开关电子设备(常见有电机或变压器)诱发的电压瞬变。另外，不同应用的额定电压也有所不同;通常便携式设备选用20V的MOS管，FPGA电源为20～30V的MOS管，85～220V AC应用时MOS管VDS为450～600V。　　第三步为确定电流　　确定完电压后，接下来要确定的就是MOS管的电流。需根据电路结构来决定，MOS管的额定电流应是负载在所有情况下都能够承受的最大电流;与电压的情况相似，MOS管的额定电流必须能满足系统产生尖峰电流时的需求。　　电流的确定需从两个方面着手：连续模式和脉冲尖峰。在连续导通模式下，MOS管处于稳态，此时电流连续通过器件。脉冲尖峰是指有大量电涌(或尖峰电流)流过器件。一旦确定了这些条件下的最大电流，只需直接选择能承受这个最大电流的器件便可。　　选好额定电流后，还必须计算导通损耗。在实际情况下，MOS管并不是理想的器件，因为在导电过程中会有电能损耗，也就是导通损耗。MOS管在“导通”时就像一个可变电阻，由器件的导通电阻RDS(ON)所确定，并随温度而显著变化。　　器件的功率损耗PTRON=Iload2×RDS(ON)计算(Iload：最大直流输出电流)，由于导通电阻会随温度变化，因此功率耗损也会随之按比例变化。对MOS管施加的电压VGS越高，RDS(ON)就会越小;反之RDS(ON)就会越高。　　对系统设计人员来说，这就需要折中权衡。　　对便携式设计来说，采用较低的电压即可(较为普遍);而对于工业设计来说，可采用较高的电压。需要注意的是，RDS(ON)电阻会随着电流轻微上升。　　技术对器件的特性有着重大影响，因为有些技术在提高最大VDS(漏源额定电压)时往往会使RDS(ON)增大。对于这样的技术，如果打算降低VDS和RDS(ON)，那么就得增加晶片尺寸，从而增加与之配套的封装尺寸及相关的开发成本。业界现有好几种试图控制晶片尺寸增加的技术，其中最主要的是沟道和电荷平衡技术。　　在沟道技术中，晶片中嵌入了一个深沟，通常是为低电压预留的，用于降低导通电阻RDS(ON)。为了减少最大VDS对RDS(ON)的影响，开发过程中采用了外延生长柱/蚀刻柱工艺。例如，飞兆半导体开发的SupeRFET技术，针对RDS(ON)的降低而增加了额外的制造步骤。　　这种对RDS(ON)的关注十分重要，因为当标准MOSFET的击穿电压升高时，RDS(ON)会随之呈指数级增加，并且导致晶片尺寸增大。SuperFET工艺将RDS(ON)与晶片尺寸间的指数关系变成了线性关系。　　这样，SuperFET器件便可在小晶片尺寸，甚至在击穿电压达到600V的情况下，实现理想的低RDS(ON)。结果是晶片尺寸可减小达35%。而对于最终用户来说，这意味着封装尺寸的大幅减小。　　第四步是确定热要求　　在确定电流之后，就要计算系统的散热要求。设计人员必须考虑两种不同的情况：最坏情况和真实情况。建议采用针对最坏情况的计算结果，因为这个结果提供更大的安全余量，能确保系统不会失效。在MOS管的资料表上还有一些需要注意的测量数据，比如封装器件的半导体结与环境之间的热阻，以及最大的结温。　　器件的结温等于最大环境温度加上热阻与功率耗散的乘积，即结温=最大环境温度+(热阻×功率耗散)。根据这个方程可解出系统的最大功率耗散=I2×RDS(ON)。　　由于设计人员已确定将要通过器件的最大电流，因此可以计算出不同温度下的RDS(ON)。值得注意的是，在处理简单热模型时，设计人员还必须考虑半导体结/器件外壳及外壳/环境的热容量;即要求印刷电路板和封装不会立即升温。　　雪崩击穿(指半导体器件上的反向电压超过最大值，并形成强电场使器件内电流增加)形成的电流将耗散功率，使器件温度升高，而且有可能损坏器件。半导体公司都会对器件进行雪崩测试，计算其雪崩电压，或对器件的稳健性进行测试。　　计算额定雪崩电压有两种方法;一是统计法，另一是热计算。而热计算因为较为实用而得到广泛采用。除计算外，技术对雪崩效应也有很大影响。例如，晶片尺寸的增加会提高抗雪崩能力，最终提高器件的稳健性。对最终用户而言，这意味着要在系统中采用更大的封装件。　　第五步是确定开关性能　　选择MOS管的最后一步是确定其开关性能。影响开关性能的参数有很多，但最重要的是栅极/漏极、栅极/源极及漏极/源极电容。因为在每次开关时都要对这些电容充电，会在器件中产生开关损耗;MOS管的开关速度也因此被降低，器件效率随之下降;其中，栅极电荷(Qgd)对开关性能的影响最大。　　为计算开关过程中器件的总损耗，设计人员必须计算开通过程中的损耗(Eon)和关闭过程中的损耗(Eoff)，进而推导出MOS管开关总功率：Psw=(Eon+Eoff)×开关频率。　　第六步为封装因素考量　　不同的封装尺寸MOS管具有不同的热阻和耗散功率，需要考虑系统的散热条件和环境温度(如是否有风冷、散热器的形状和大小限制、环境是否封闭等因素)，基本原则就是在保证功率MOS管的温升和系统效率的前提下，选取参数和封装更通用的功率MOS管。　　常见的MOS管封装有：　　①插入式封装：TO-3P、TO-247、TO-220、TO-220F、TO-251、TO-92;　　②表面贴装式：TO-263、TO-252、SOP-8、SOT-23、DFN。　　不同的封装形式，MOS管对应的极限电流、电压和散热效果都会不一样，简单介绍如下。　　TO-3P/247：是中高压、大电流MOS管常用的封装形式，产品具有耐压高、抗击穿能力强等特点，适于中压大电流(电流10A以上、耐压值在100V以下)在120A以上、耐压值200V以上的场所中使用。　　TO-220/220F：这两种封装样式的MOS管外观差不多，可以互换使用，不过TO-220背部有散热片，其散热效果比TO-220F要好些，价格相对也要贵些。这两个封装产品适于中压大电流120A以下、高压大电流20A以下的场合应用。　　TO-251：该封装产品主要是为了降低成本和缩小产品体积，主要应用于中压大电流60A以下、高压7N以下环境中。　　TO-92：该封装只有低压MOS管(电流10A以下、耐压值60V以下)和高压1N60/65在采用，主要是为了降低成本。　　TO-263：是TO-220的一个变种，主要是为了提高生产效率和散热而设计，支持极高的电流和电压，在150A以下、30V以上的中压大电流MOS管中较为多见。　　TO-252：是目前主流封装之一，适用于高压在7N以下、中压在70A以下环境中。　　SOP-8：该封装同样是为降低成本而设计，一般在50A以下的中压、60V左右的低压MOS管中较为多见。　　SOT-23：适于几A电流、60V及以下电压环境中采用，其又分有大体积和小体积两种，主要区别在于电流值不同。　　DFN：体积上，较SOT-23大，但小于TO-252，一般在低压和30A以下中压MOS管中有采用，得益于产品体积小，主要应用于DC小功率电流环境中。　　第七步要选择好品牌　　MOS管的生产企业很多，大致说来，主要有欧美系、日系、韩系、台系、国产几大系列。　　欧美系代表企业：IR、ST、仙童、安森美、TI、PI、英飞凌等;　　日系代表企业：东芝、瑞萨、新电元等;　　韩系代表企业：KEC、AUK、美格纳、森名浩、威士顿、信安、KIA等;　　台系代表企业：APEC、CET;　　国产代表企业：吉林华微、士兰微、华润华晶、东光微、深爱半导体等。　　在这些品牌中，以欧美系企业的产品种类最全、技术及性能最优，从性能效果考虑，是为MOS管的首选;以瑞萨、东芝为代表的日系企业也是MOS管的高端品牌，同样具有很强的竞争优势;这些品牌也是市面上被仿冒最多的。另外，由于品牌价值、技术优势等原因，欧美系和日系品牌企业的产品价格也往往较高。　　韩国和中国台湾的MOS管企业也是行业的重要产品供应商，不过在技术上，要稍弱于欧美及日系企业，但在价格方面，较欧美及日系企业更具优势;性价比相对高很多。　　而在中国大陆，同样活跃着一批本土企业，他们借助更低的成本优势和更快的客户服务响应速度，在中低端及细分领域具有很强的竞争力，部分实现了国产替代;目前也在不断冲击高端产品线，以满足本土客户的需求。另外，本土企业还通过资本运作，成功收购了安世半导体等国际知名的功率器件公司，将更好地满足本土对功率器件的需求。　　小结　　小到选N型还是P型、封装类型，大到MOSFET的耐压、导通电阻等，不同的应用需求千变万化，工程师在选择MOS管时，一定要依据电路设计需求及MOS管工作场所来选取合适的MOS管，从而获得最佳的产品设计体验。当然，在考虑性能的同时，成本也是选择的因素之一，只有高性价比的产品，才能让工程师设计的产品在品质与收益中达到平衡。
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发布时间：2024-02-26 13:39 阅读量：1944 继续阅读>>
功率MOS管总烧毁的原因有哪些
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功率MOS管总烧毁的原因有哪些

　　MOS 管可能会遭受与其他功率器件相同的故障，例如过电压(半导体的雪崩击穿)、过电流(键合线或者衬底熔化)、过热(半导体材料由于高温而分解)。　　更具体的故障包括栅极和管芯其余部分之前的极薄氧化物击穿，这可能发生在相对于漏极或者源极的任何过量栅极电压中，可能是在低至10V-15V 时发生，电路设计必须将其限制在安全水平。　　还有可能是功率过载，超过绝对最大额定值和散热不足，都会导致MOS管发生故障。　　接下来就来看看所有可能导致失效的原因。　　过电压　　MOS管对过压的耐受性非常小，即使超出额定电压仅几纳秒，也可能导致设备损坏。　　MOS管的额定电压应保守地考虑预期的电压水平，并应特别注意抑制任何电压尖峰或振铃。　　长时间电流过载　　由于导通电阻相对较高，高平均电流会在MOS管中引起相当大的热耗散。　　如果电流非常高且散热不良，则MOS管可能会因温升过高而损坏。　　MOS管可以直接并联以共享高负载电流。　　瞬态电流过载　　持续时间短、大电流过载会导致MOS管器件逐渐损坏，但是在故障发生前MOS管的温度几乎没有明显升高，不太能察觉出来。(也可以看下面分析的直通和反向恢复部分)　　击穿(交叉传导)　　如果两个相对MOS管的控制信号重叠，则可能会出现两个MOS管同时导通的情况，这会使电源短路，也就是击穿条件。　　如果发生这种情况，每次发生开关转换时，电源去耦电容都会通过两个器件快速放电，这会导致通过两个开关设备的电流脉冲非常短但非常强。　　通过允许开关转换之间的死区时间(在此期间两个MOS管均不导通)，可以最大限度地减少发生击穿的机会，这允许一个MOS管在另一个MOS管打开之前关闭。　　没有续流电流路径　　当通过任何电感负载(例如特斯拉线圈)切换电流时，电流关闭时会产生反电动势。在两个开关设备都没有承载负载电流时，必须为此电流提供续流路径。　　该电流通常通过与每个开关器件反并联连接的续流二极管安全地引导回电源轨道。　　当MOS管用作开关器件时，工程师可以简单获得MOS管固有体二极管形式的续流二极管，这解决了一个问题，但创造了一个全新的问题......　　MOS管体二极管的缓慢反向恢复　　诸如特斯拉线圈之类的高 Q 谐振电路能够在其电感和自电容中存储大量能量。　　在某些调谐条件下，当一个MOS管关闭而另一个器件打开时，这会导致电流“续流”通过 MOS管的内部体二极管。　　这个原本不是什么问题，但当对面的MOS管试图开启时，内部体二极管的缓慢关断(或反向恢复)就会出现问题。　　与MOS管 自身的性能相比，MOS管 体二极管通常具有较长的反向恢复时间。如果一个 MOS管的体二极管在对立器件开启时导通，则类似于上述击穿情况发生“短路”。　　这个问题通常可以通过在每个MOS管周围添加两个二极管来缓解。　　首先，肖特基二极管与MOS管源极串联，肖特基二极管可防止MOS管体二极管被续流电流正向偏置。其次，高速(快速恢复)二极管并联到MOS管/肖特基对，以便续流电流完全绕过MOS管和肖特基二极管。　　这确保了MOS管体二极管永远不会被驱动导通，续流电流由快恢复二极管处理，快恢复二极管较少出现“击穿”问题。　　过度的栅极驱动　　如果用太高的电压驱动MOS管栅极，则栅极氧化物绝缘层可能会被击穿，从而导致MOS管无法使用。　　超过 +/- 15 V的栅极-源极电压可能会损坏栅极绝缘并导致故障，应注意确保栅极驱动信号没有任何可能超过最大允许栅极电压的窄电压尖峰。　　栅极驱动不足(不完全开启)　　MOS管只能切换大量功率，因为它们被设计为在开启时消耗最少的功率。工程师应该确保MOS管硬开启，以最大限度地减少传导期间的耗散。　　如果MOS管未完全开启，则设备在传导过程中将具有高电阻，并且会以热量的形式消耗大量功率，10到15伏之间的栅极电压可确保大多数MOS管完全开启。　　缓慢的开关转换　　在稳定的开启和关闭状态期间耗散的能量很少，但在过渡期间耗散了大量的能量。因此，应该尽可能快地在状态之间切换以最小化切换期间的功耗。由于MOS管栅极呈现电容性，因此需要相当大的电流脉冲才能在几十纳秒内对栅极进行充电和放电，峰值栅极电流可以高达一个安培。　　杂散振荡　　MOS管 能够在极短的时间内切换大量电流，输入也具有相对较高的阻抗，这会导致稳定性问题。在某些条件下，由于周围电路中的杂散电感和电容，高压MOS管会以非常高的频率振荡。(频率通常在低 MHz)，但这样是非常不受欢迎的，因为它是由于线性操作而发生的，并且代表了高耗散条件。　　这种情况可以通过最小化MOS管周围的杂散电感和电容来防止杂散振荡，还应使用低阻抗栅极驱动电路来防止杂散信号耦合到器件的栅极。　　“米勒”效应　　MOS管在其栅极和漏极端子之间具有相当大的“米勒电容”。在低压或慢速开关应用中，这种栅漏电容很少引起关注，但是当高压快速开关时，它可能会引起问题。　　当底部器件的漏极电压由于顶部MOS管的导通而迅速上升时，就会出现潜在问题。　　这种高电压上升率通过米勒电容电容耦合到MOS管的栅极，会导致底部MOS管的栅极电压上升，从而导致MOS管也开启，就会存在击穿情况，即使不是立即发生，也可以肯定MOS管故障。　　米勒效应可以通过使用低阻抗栅极驱动器来最小化，该驱动器在关闭状态时将栅极电压钳位到 0 伏，这减少了从漏极耦合的任何尖峰的影响。在关断状态下向栅极施加负电压可以获得进一步的保护。例如，向栅极施加 -10 V电压将需要超过12V的噪声，以冒开启本应关闭的MOS管的风险。　　对控制器的辐射干扰　　想象一下，将 1pF 的电容从你的火花特斯拉线圈的顶部连接到固态控制器中的每个敏感点的效果，存在的数百千伏射频可以毫无问题地驱动大量电流通过微型电容器直接进入控制电路。　　如果控制器没有放置在屏蔽外壳中，这就是实际会发生的情况。　　控制电路的高阻抗点几乎不需要杂散电容即可导致异常操作，但运行不正常的控制器可能会尝试同时打开两个相反的MOS管 ，控制电子设备的有效射频屏蔽至关重要。　　分离电源和控制电路也是非常理想的，电源开关电路中存在的快速变化的电流和电压仍然具有辐射显着干扰的能力。　　对控制器的传导干扰　　大电流的快速切换会导致电源轨上的电压骤降和瞬态尖峰。如果电源和控制电子设备共用一个或多个电源轨，则可能会对控制电路产生干扰。　　良好的去耦和中性点接地是应该用来减少传导干扰影响的技术。作用于驱动MOS管的变压器耦合在防止电噪声传导回控制器方面非常有效。　　静电损坏　　安装MOS管或IGBT器件时，应采取防静电处理措施，以防止栅氧化层损坏。　　高驻波比　　这里要着重说一下，来自一位专业射频工程师的解释。　　在脉冲系统中，VSWR不像在CW系统中那么大，但仍然是一个问题。　　在CW系统中，典型的发射器设计用于50欧姆的电阻输出阻抗。工程师通过某种传输线连接到负载，希望负载和线路也是50欧姆，并且电力沿电线很好地流动。　　但如果负载阻抗不是50欧姆，那么一定量的功率会从阻抗不连续处反射回来。但反射功率会导致几个潜在问题：　　1、发射器看起来像一个负载并吸收了所有的功率，这不是一个好的现象。　　例如，你的放大器效率为80%，你输入的功率1KW，通常情况下，设备的功耗为200W，最终的功耗为800W，如果所有800W的功耗都被反射回来，忽然之间，这些设备就需要消耗全部的功耗。　　2、前向波和反射波的组合会在传输线中产生驻波，在相距1/2波长的点处会变得非常高，从而导致击穿或者其他不良情况，这本质上是表现负载阻抗不是预期的结果。　　如果你有一个射频电源在几十兆赫兹，你可以装配一个开放的平行线传输线，在脉冲系统中，你可能会遇到沿线路传播的脉脉冲、阻抗不连续性、反射回以及与发送的下一个脉冲相加的问题。　　反射脉冲是相同极性还是不同极性取决于距离和相对阻抗。　　如果你有几个不匹配，可能会得到很多来回移动的脉冲，这些脉冲会加强或者取消。这个对于商业配电来说是一个真正的大问题，因为沿线路的传播时间是线路频率周期的很大一部分，当断路器打开和关闭以及雷击时会引起问题。　　以上就是关于MOS管烧毁的原因分析。
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发布时间：2024-01-15 15:39 阅读量：1427 继续阅读>>
MOS管设计如何防反接电路
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MOS管设计如何防反接电路

　　电子元件大都是使用直流工作，电源线反接就有可能就会烧坏，那电路如何防反接?首当其冲我们想到的就是二极管了，运用其单向导通特性可有效防止电源反接而损坏电路，但是随之而来的问题是二极管存在PN节电压，通常在0.7V左右，低电流是影响不明显，但流过大电流时，如流过1A电流其会产生0.7W的功耗，0.7W的功耗发热对元件本身及周边元件的可靠性是个非常大的考验。　　可见二极管防反接最大问题是管压降，越低损耗就越小。在晶体管中导通压降最低的就属场效应管了，就是我们平常叫的MOS管，那如何运用MOS管这一优良特性设计防反接电路?如下图所示：　　NMOS防反接电路　　当输入上正下负时，下图黄色线条所示电流路径，经过R1、R2，MOS寄生二极管到地,R1与R2分压后其GS极电压大于MOS导通电压Vgs，MOS导通，红色线条所示的整个电路回路接通。　　正向导通时电流路径　　当输入上负下正时，下图黄色线条所示电流路径，电流路径被MOS寄生二极管反向截止，MOS管因GS极没有电压而截止，整个电路回路断开，有效保护了系统电路。　　反向截止电流路径　　上面介绍了NMOS防反接，PMOS防反接电路如下，其防反接原理与NMOS一致，不再赘述。　　PMOS防反接电路　　通常电路系统是共地的就用POMS防反接，共源就用NMOS防反接。
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发布时间：2024-01-15 11:10 阅读量：1257 继续阅读>>
功率MOS管总烧毁，看看是不是这些原因？
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功率MOS管总烧毁，看看是不是这些原因？

　　今天给大家讲一下关于MOS管烧毁的原因，MOS 管可能会遭受与其他功率器件相同的故障，例如过电压(半导体的雪崩击穿)、过电流(键合线或者衬底熔化)、过热(半导体材料由于高温而分解)。　　更具体的故障包括栅极和管芯其余部分之前的极薄氧化物击穿，这可能发生在相对于漏极或者源极的任何过量栅极电压中，可能是在低至10V-15V 时发生，电路设计必须将其限制在安全水平。　　还有可能是功率过载，超过绝对最大额定值和散热不足，都会导致MOS管发生故障。　　接下来就来看看所有可能导致失效的原因。　　过电压　　MOS管对过压的耐受性非常小，即使超出额定电压仅几纳秒，也可能导致设备损坏。　　MOS管的额定电压应保守地考虑预期的电压水平，并应特别注意抑制任何电压尖峰或振铃。　　长时间电流过载　　由于导通电阻相对较高，高平均电流会在MOS管中引起相当大的热耗散。　　如果电流非常高且散热不良，则MOS管可能会因温升过高而损坏。　　MOS管可以直接并联以共享高负载电流。　　瞬态电流过载　　持续时间短、大电流过载会导致MOS管器件逐渐损坏，但是在故障发生前MOS管的温度几乎没有明显升高，不太能察觉出来。(也可以看下面分析的直通和反向恢复部分)　　击穿(交叉传导)　　如果两个相对MOS管的控制信号重叠，则可能会出现两个MOS管同时导通的情况，这会使电源短路，也就是击穿条件。　　如果发生这种情况，每次发生开关转换时，电源去耦电容都会通过两个器件快速放电，这会导致通过两个开关设备的电流脉冲非常短但非常强。　　通过允许开关转换之间的死区时间(在此期间两个MOS管均不导通)，可以最大限度地减少发生击穿的机会，这允许一个MOS管在另一个MOS管打开之前关闭。　　没有续流电流路径　　当通过任何电感负载(例如特斯拉线圈)切换电流时，电流关闭时会产生反电动势。在两个开关设备都没有承载负载电流时，必须为此电流提供续流路径。　　该电流通常通过与每个开关器件反并联连接的续流二极管安全地引导回电源轨道。　　当MOS管用作开关器件时，工程师可以简单获得MOS管固有体二极管形式的续流二极管，这解决了一个问题，但创造了一个全新的问题......　　MOS管体二极管的缓慢反向恢复　　诸如特斯拉线圈之类的高 Q 谐振电路能够在其电感和自电容中存储大量能量。　　在某些调谐条件下，当一个MOS管关闭而另一个器件打开时，这会导致电流“续流”通过 MOS管的内部体二极管。　　这个原本不是什么问题，但当对面的MOS管试图开启时，内部体二极管的缓慢关断(或反向恢复)就会出现问题。　　与MOS管 自身的性能相比，MOS管 体二极管通常具有较长的反向恢复时间。如果一个 MOS管的体二极管在对立器件开启时导通，则类似于上述击穿情况发生“短路”。　　这个问题通常可以通过在每个MOS管周围添加两个二极管来缓解。　　首先，肖特基二极管与MOS管源极串联，肖特基二极管可防止MOS管体二极管被续流电流正向偏置。其次，高速(快速恢复)二极管并联到MOS管/肖特基对，以便续流电流完全绕过MOS管和肖特基二极管。　　这确保了MOS管体二极管永远不会被驱动导通，续流电流由快恢复二极管处理，快恢复二极管较少出现“击穿”问题。　　过度的栅极驱动　　如果用太高的电压驱动MOS管栅极，则栅极氧化物绝缘层可能会被击穿，从而导致MOS管无法使用。　　超过 +/- 15 V的栅极-源极电压可能会损坏栅极绝缘并导致故障，应注意确保栅极驱动信号没有任何可能超过最大允许栅极电压的窄电压尖峰。　　栅极驱动不足(不完全开启)　　MOS管只能切换大量功率，因为它们被设计为在开启时消耗最少的功率。工程师应该确保MOS管硬开启，以最大限度地减少传导期间的耗散。　　如果MOS管未完全开启，则设备在传导过程中将具有高电阻，并且会以热量的形式消耗大量功率，10到15伏之间的栅极电压可确保大多数MOS管完全开启。　　缓慢的开关转换　　在稳定的开启和关闭状态期间耗散的能量很少，但在过渡期间耗散了大量的能量。因此，应该尽可能快地在状态之间切换以最小化切换期间的功耗。由于MOS管栅极呈现电容性，因此需要相当大的电流脉冲才能在几十纳秒内对栅极进行充电和放电，峰值栅极电流可以高达一个安培。　　杂散振荡　　MOS管 能够在极短的时间内切换大量电流，输入也具有相对较高的阻抗，这会导致稳定性问题。在某些条件下，由于周围电路中的杂散电感和电容，高压MOS管会以非常高的频率振荡。(频率通常在低 MHz)，但这样是非常不受欢迎的，因为它是由于线性操作而发生的，并且代表了高耗散条件。　　这种情况可以通过最小化MOS管周围的杂散电感和电容来防止杂散振荡，还应使用低阻抗栅极驱动电路来防止杂散信号耦合到器件的栅极。　　“米勒”效应　　MOS管在其栅极和漏极端子之间具有相当大的“米勒电容”。在低压或慢速开关应用中，这种栅漏电容很少引起关注，但是当高压快速开关时，它可能会引起问题。　　当底部器件的漏极电压由于顶部MOS管的导通而迅速上升时，就会出现潜在问题。　　这种高电压上升率通过米勒电容电容耦合到MOS管的栅极，会导致底部MOS管的栅极电压上升，从而导致MOS管也开启，就会存在击穿情况，即使不是立即发生，也可以肯定MOS管故障。　　米勒效应可以通过使用低阻抗栅极驱动器来最小化，该驱动器在关闭状态时将栅极电压钳位到 0 伏，这减少了从漏极耦合的任何尖峰的影响。在关断状态下向栅极施加负电压可以获得进一步的保护。例如，向栅极施加 -10 V电压将需要超过12V的噪声，以冒开启本应关闭的MOS管的风险。　　对控制器的辐射干扰　　想象一下，将 1pF 的电容从你的火花特斯拉线圈的顶部连接到固态控制器中的每个敏感点的效果，存在的数百千伏射频可以毫无问题地驱动大量电流通过微型电容器直接进入控制电路。　　如果控制器没有放置在屏蔽外壳中，这就是实际会发生的情况。　　控制电路的高阻抗点几乎不需要杂散电容即可导致异常操作，但运行不正常的控制器可能会尝试同时打开两个相反的MOS管 ，控制电子设备的有效射频屏蔽至关重要。　　分离电源和控制电路也是非常理想的，电源开关电路中存在的快速变化的电流和电压仍然具有辐射显着干扰的能力。　　对控制器的传导干扰　　大电流的快速切换会导致电源轨上的电压骤降和瞬态尖峰。如果电源和控制电子设备共用一个或多个电源轨，则可能会对控制电路产生干扰。　　良好的去耦和中性点接地是应该用来减少传导干扰影响的技术。作用于驱动MOS管的变压器耦合在防止电噪声传导回控制器方面非常有效。　　静电损坏　　安装MOS管或IGBT器件时，应采取防静电处理措施，以防止栅氧化层损坏。　　高驻波比　　这里要着重说一下，来自一位专业射频工程师的解释。　　在脉冲系统中，VSWR不像在CW系统中那么大，但仍然是一个问题。　　在CW系统中，典型的发射器设计用于50欧姆的电阻输出阻抗。工程师通过某种传输线连接到负载，希望负载和线路也是50欧姆，并且电力沿电线很好地流动。　　但如果负载阻抗不是50欧姆，那么一定量的功率会从阻抗不连续处反射回来。但反射功率会导致几个潜在问题：　　1、发射器看起来像一个负载并吸收了所有的功率，这不是一个好的现象。　　例如，你的放大器效率为80%，你输入的功率1KW，通常情况下，设备的功耗为200W，最终的功耗为800W，如果所有800W的功耗都被反射回来，忽然之间，这些设备就需要消耗全部的功耗。　　2、前向波和反射波的组合会在传输线中产生驻波，在相距1/2波长的点处会变得非常高，从而导致击穿或者其他不良情况，这本质上是表现负载阻抗不是预期的结果。　　如果你有一个射频电源在几十兆赫兹，你可以装配一个开放的平行线传输线，在脉冲系统中，你可能会遇到沿线路传播的脉脉冲、阻抗不连续性、反射回以及与发送的下一个脉冲相加的问题。　　反射脉冲是相同极性还是不同极性取决于距离和相对阻抗。　　如果你有几个不匹配，可能会得到很多来回移动的脉冲，这些脉冲会加强或者取消。这个对于商业配电来说是一个真正的大问题，因为沿线路的传播时间是线路频率周期的很大一部分，当断路器打开和关闭以及雷击时会引起问题。　　以上就是关于MOS管烧毁的原因分析。
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发布时间：2023-12-19 14:33 阅读量：1848 继续阅读>>

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