MOSFET電路柵源極GS之間并聯(lián)電容后，MOS管為什么會炸管？原因分析

Part 01

前言

上一篇文章我們介紹了在進行MOSFET相關(guān)的電路設(shè)計時，可能會遇到MOSFET誤導(dǎo)通的問題，為了解決此問題，我們提出了兩種方法，一種是增大MOSFET柵極串聯(lián)電阻的阻值，另外一種是在MOSFET柵-源極之間并聯(lián)一個電容，有讀者在評論區(qū)說如果在柵-源極并聯(lián)一個電容，MOSFET可能會出現(xiàn)炸管的問題？那么在MOSFET柵-源極并聯(lián)電容和MOSFET炸管是否真的有聯(lián)系？內(nèi)在的機制又是什么？如何解決？今天我們就詳細分析一下。

Part 02

原因分析

在硬件電路設(shè)計中，電子元器件經(jīng)常會出現(xiàn)EOS損壞，什么是EOS損壞呢？EOS對應(yīng)的英文名稱是Electrical Overstress，也就是電氣過應(yīng)力，指的是元器件因受到超過其額定極限的電應(yīng)力，比如電壓，電流，溫度而損壞，這也是硬件工程師在售后件分析中的基本分析方向。

回到我們今天的主角MOSFET，MOSFET炸管也有三大原因，電壓，電流，溫度，比如MOSFET漏源極兩端的電壓超過了最大極限值，或者MOSFET的漏源極電流超過了最大極限值，或者MOSFET的溫度超出了最大結(jié)溫，這些參數(shù)限值我們都可以在規(guī)格書中查閱：

對MOSFET而言，如果在MOSFET柵-源極之間并聯(lián)一個電容，不會導(dǎo)致MOSFET漏源極過壓，也不會導(dǎo)致漏源極電流過流，那導(dǎo)致MOSFET炸管的原因大概率就是過溫了。那電容是如何導(dǎo)致MOSFET過溫的呢？

Part 03

GS并聯(lián)電容如何導(dǎo)致MOS過溫炸管？

MOSFET工作就會產(chǎn)生損耗，MOSFET的功耗有兩大部分，導(dǎo)通損耗，開關(guān)損耗，導(dǎo)通損耗是指MOSFET在“導(dǎo)通”狀態(tài)，即柵極電壓大于MOSFET平臺電壓，此時MOSFET完全導(dǎo)通下產(chǎn)生的損耗。導(dǎo)通時，漏極和源極之間存在一個小電阻，稱為導(dǎo)通電阻RDS(on)，當電流流過時產(chǎn)生的功耗。

導(dǎo)通損耗Pcon主要與MOSFET的導(dǎo)通電阻有關(guān)：

通過上面的公式可以得出以下結(jié)論：

導(dǎo)通電阻越大（導(dǎo)通電阻隨溫度升高而增加），導(dǎo)通損耗越高。

負載電流越大，導(dǎo)通損耗越高。

在MOSFET柵-源極之間并聯(lián)一個電容不會影響負載電流和導(dǎo)通電阻。

開關(guān)損耗是MOSFET在開啟和關(guān)斷過程中產(chǎn)生的損耗。在每次開關(guān)時，MOSFET從導(dǎo)通到截止或從截止到導(dǎo)通的過程中，漏極電流和漏極-源極電壓并非瞬間達到目標狀態(tài)，而是有一個漸變過程。在這個過程中，電壓和電流同時存在，導(dǎo)致功耗。

看下圖就能明白了，由于MOS存在寄生電容，導(dǎo)致MOSFET存在米勒效應(yīng)，在t1時間段內(nèi)，Vds不變，Id增加，對應(yīng)的功耗為藍色區(qū)域，在t2時間段內(nèi)，Vds減小，Id基本不變（實際會緩慢增加），對應(yīng)的功耗為藍色區(qū)域。

開關(guān)損耗Psw的近似公式為：

Vds是漏-源電壓。

Id是漏極電流。

ton和toff分別是MOSFET的開通時間和關(guān)斷時間(ton=t1+t2)。

f是開關(guān)頻率。

在MOSFET柵-源極之間并聯(lián)一個電容，由于電容充電需要時間，進而會增加MOSFET的開通時間和關(guān)斷時間，從而增大開通和關(guān)斷損耗，MOSFET的溫升=損耗*熱阻，如果電容容值過大就會導(dǎo)致MOSFET炸管。

如何計算并聯(lián)電容導(dǎo)致MOSFET開通時間和關(guān)斷時間的變化呢？我們可以基于電容充電的計算模型，把驅(qū)動MOSFET開啟，看作是對MOSFET柵源極電容Cgs，柵漏極電容Cgd充電，計算將電容充滿電所需的時間即可，具體的推導(dǎo)后續(xù)重開文章分析，本文著重分析柵-源極之間并聯(lián)一個電容和MOSFET炸管內(nèi)在機理。