MOS管的幾種失效模式

MOS管，即金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，是現(xiàn)代電子電路中不可或缺的元器件之一。由于其獨(dú)特的導(dǎo)電性能和廣泛的應(yīng)用場景，MOS管在電源、電力電子、電機(jī)控制等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。然而，隨著使用時(shí)間的增長和工作環(huán)境的變化，MOS管也可能會(huì)出現(xiàn)各種失效模式。本文將詳細(xì)介紹MOS管的幾種主要失效模式，并通過參考數(shù)據(jù)和信息，進(jìn)行詳細(xì)的解釋和歸納。

一、雪崩失效（電壓失效）

雪崩失效是MOS管中最為常見的一種失效模式。當(dāng)MOS管漏極-源極間外加的電壓超出器件的額定VDSS（漏源擊穿電壓）時(shí)，且達(dá)到擊穿電壓V(BR)DSS（根據(jù)擊穿電流其值不同），并超出一定的能量后，就會(huì)發(fā)生破壞的現(xiàn)象。這種失效模式在介質(zhì)負(fù)載的開關(guān)運(yùn)行斷開時(shí)產(chǎn)生的回掃電壓，或者由漏磁電感產(chǎn)生的尖峰電壓超出功率MOSFET的漏極額定耐壓并進(jìn)入擊穿區(qū)時(shí)尤為常見。

雪崩失效的主要原因在于電壓過載。為了預(yù)防雪崩失效，可以采取以下措施：

合理降額使用：根據(jù)設(shè)備的實(shí)際情況和電路關(guān)注點(diǎn)，選取合適的降額范圍，一般在80%-95%之間。

控制變壓器反射電壓：通過優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，減少變壓器反射電壓對(duì)MOS管的影響。

優(yōu)化RCD及TVS吸收電路設(shè)計(jì)：采用合理的RCD及TVS吸收電路，吸收電路中產(chǎn)生的多余能量，降低MOS管承受的壓力。

二、SOA失效（電流失效）

SOA失效，即超出MOSFET安全工作區(qū)引起失效。這種失效模式通常由于異常的大電流和電壓同時(shí)疊加在MOSFET上，導(dǎo)致瞬時(shí)局部發(fā)熱而破壞。此外，當(dāng)芯片與散熱器及封裝不能及時(shí)達(dá)到熱平衡時(shí)，熱積累也可能導(dǎo)致SOA失效。

SOA失效的預(yù)防措施包括：

確保MOSFET在所有功率限制條件內(nèi)工作：通過合理設(shè)計(jì)電路，確保MOSFET在工作時(shí)不會(huì)超過其最大額定電流及脈沖電流。

精確細(xì)致的OCP（過流保護(hù)）功能設(shè)計(jì)：通過精確設(shè)計(jì)OCP功能，確保在異常情況下能夠及時(shí)切斷電流，保護(hù)MOSFET不受損害。

合理的熱設(shè)計(jì)余量：為MOSFET提供足夠的散熱空間，確保其能夠及時(shí)散發(fā)熱量，避免熱積累。

三、體二極管失效

體二極管失效主要發(fā)生在橋式、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，導(dǎo)致整個(gè)電路無法正常工作。體二極管失效的原因可能包括電流過載、電壓過載或溫度過高等。

為了預(yù)防體二極管失效，可以采取以下措施：

優(yōu)化電路設(shè)計(jì)：通過優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，減少體二極管承受的壓力，提高其工作穩(wěn)定性。

選擇合適的MOS管型號(hào)：根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，選擇合適的MOS管型號(hào)，確保其能夠承受電路中的電流和電壓。

四、諧振失效

諧振失效主要發(fā)生在并聯(lián)使用MOS管時(shí)，由于柵極及電路寄生參數(shù)導(dǎo)致震蕩而引起的失效。這種失效模式可能導(dǎo)致柵極電壓異常升高，從而破壞MOS管。

為了預(yù)防諧振失效，可以采取以下措施：

在并聯(lián)使用時(shí)插入柵極電阻：通過插入柵極電阻，降低柵極電壓的震蕩幅度，避免諧振失效的發(fā)生。

優(yōu)化電路設(shè)計(jì)：通過優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，減少電路中的寄生參數(shù)，降低諧振的可能性。

五、靜電失效

靜電失效主要發(fā)生在秋冬季節(jié)，由于人體及設(shè)備靜電而導(dǎo)致的器件失效。靜電可能損壞MOS管的柵極柵氧層，導(dǎo)致器件無法正常工作。

為了預(yù)防靜電失效，可以采取以下措施：

使用防靜電設(shè)備：在制造、測試和使用過程中，使用防靜電設(shè)備，如防靜電手環(huán)、防靜電墊等。

控制環(huán)境濕度：保持環(huán)境濕度在合適的范圍內(nèi)，降低靜電的產(chǎn)生和積累。

綜上所述，MOS管的失效模式多種多樣，但通過合理的預(yù)防措施和正確的使用方法，可以大大降低失效的概率，確保電路的穩(wěn)定性和可靠性。