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(insulator)—半導(dǎo)體。MOS管的source和drain是可以對調(diào)的,他們都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。在多數(shù)情況下,這個兩個區(qū)是一樣的,即使兩端對調(diào)也不會影響器件的性能。這樣的器件被認(rèn)為是對稱的。
Mos損壞主要原因:
過流:持續(xù)大電流或瞬間超大電流引起的結(jié)溫過高而燒毀;
過壓:源漏過壓擊穿、源柵極過壓擊穿;
靜電:靜電擊穿,CMOS電路都怕靜電
第一種:雪崩破壞
如果在漏極-源極間外加超出器件額定VDSS的電涌電壓,而且達(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發(fā)生破壞的現(xiàn)象。
在介質(zhì)負(fù)載的開關(guān)運(yùn)行斷開時產(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)而導(dǎo)致破壞的模式會引起雪崩破壞。
典型電路:
第二種:器件發(fā)熱損壞
由超出安全區(qū)域引起發(fā)熱而導(dǎo)致的。發(fā)熱的原因分為直流功率和瞬態(tài)功率兩種。
直流功率原因:外加直流功率而導(dǎo)致的損耗引起的發(fā)熱
導(dǎo)通電阻RDS(on)損耗(高溫時RDS(on)增大,導(dǎo)致一定電流下,功耗增加)
由漏電流IDSS引起的損耗(和其他損耗相比極小)
瞬態(tài)功率原因:外加單觸發(fā)脈沖
負(fù)載短路
開關(guān)損耗(接通、斷開) *(與溫度和工作頻率是相關(guān)的)
內(nèi)置二極管的trr損耗(上下橋臂短路損耗)(與溫度和工作頻率是相關(guān)的)
器件正常運(yùn)行時不發(fā)生的負(fù)載短路等引起的過電流,造成瞬時局部發(fā)熱而導(dǎo)致破壞。另外,由于熱量不相配或開關(guān)頻率太高使芯片不能正常散熱時,持續(xù)的發(fā)熱使溫度超出溝道溫度導(dǎo)致熱擊穿的破壞。
第三種:內(nèi)置二極管破壞
在DS端間構(gòu)成的寄生二極管運(yùn)行時,由于在Flyback時功率MOSFET的寄生雙極晶體管運(yùn)行,導(dǎo)致此二極管破壞的模式。
第四種:由寄生振蕩導(dǎo)致的破壞
此破壞方式在并聯(lián)時尤其容易發(fā)生。在并聯(lián)功率MOS FET時未插入柵極電阻而直接連接時發(fā)生的柵極寄生振蕩。高速反復(fù)接通、斷開漏極-源極電壓時,在由柵極-漏極電容Cgd(Crss)和柵極引腳電感Lg形成的諧振電路上發(fā)生此寄生振蕩。當(dāng)諧振條件(ωL=1/ωC)成立時,在柵極-源極間外加遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于驅(qū)動電壓Vgs(in)的振動電壓,公眾號:芯片電子之家。由于超出柵極-源極間額定電壓導(dǎo)致柵極破壞,或者接通、斷開漏極-源極間電壓時的振動電壓通過柵極-漏極電容Cgd和Vgs波形重疊導(dǎo)致正向反饋,因此可能會由于誤動作引起振蕩破壞。
第五種:柵極電涌、靜電破壞
主要有因在柵極和源極之間如果存在電壓浪涌和靜電而引起的破壞,即柵極過電壓破壞和由上電狀態(tài)中靜電在GS兩端(包括安裝和和測定設(shè)備的帶電)而導(dǎo)致的柵極破壞。
避免MOS因為器件發(fā)熱而造成的損壞,需要做好足夠的散熱設(shè)計。若通過增加散熱器和電路板的長度來供所有MOS管散熱,這樣就會增加機(jī)箱的體積,同時這種散熱結(jié)構(gòu),風(fēng)量發(fā)散,散熱效果不好。
MOS管被損壞的解決方案
第一MOS管本身的輸入電阻很高,而柵源極間電容又非常小,所以極易受外界電磁場或靜電的感應(yīng)而帶電,而少量電荷就可在極間電容上形成相當(dāng)高的電壓(U=Q/C),將管子損壞。雖然MOS輸入端有抗靜電的保護(hù)措施,但仍需小心對待,在存儲和運(yùn)輸中最好用金屬容器或者導(dǎo)電材料包裝,不要放在易產(chǎn)生靜電高壓的化工材料或化纖織物中。組裝、調(diào)試時,工具、儀表、工作臺等均應(yīng)良好接地。要防止操作人員的靜電干擾造成的損壞,如不宜穿尼龍、化纖衣服,手或工具在接觸集成塊前最好先接一下地。對器件引線矯直彎曲或人工焊接時,使用的設(shè)備必須良好接地。
第二MOS電路輸入端的保護(hù)二極管,其導(dǎo)通時電流容限一般為1mA,在可能出現(xiàn)過大瞬態(tài)輸入電流(超過10mA)時,應(yīng)串接輸入保護(hù)電阻。因此應(yīng)用時可選擇一個內(nèi)部有保護(hù)電阻的MOS管應(yīng)。還有由于保護(hù)電路吸收的瞬間能量有限,太大的瞬間信號和過高的靜電電壓將使保護(hù)電路失去作用。所以焊接時電烙鐵必須可靠接地,以防漏電擊穿器件輸入端,一般使用時,可斷電后利用電烙鐵的余熱進(jìn)行焊接,并先焊其接地管腳。
MOS是電壓驅(qū)動元件,對電壓很敏感,懸空的G很容易接受外部干擾使MOS導(dǎo)通,外部干擾信號對G-S結(jié)電容充電,這個微小的 電荷可以儲存很長時間。在試驗中G懸空很危險,很多就因為這樣爆管,G接個下拉電阻對地,旁路干擾信號就不會直通了,一般可以10~20K。這個電阻稱為柵極電阻,作用1:為場效應(yīng)管提供偏置電壓;作用2:起到瀉放電阻的作用(保護(hù)柵極G~源極S)。第一個作用好理解,這里解釋一下第二個作用的原理:保護(hù)柵極G~源極S:場效應(yīng)管的G-S極間的電阻值是很大的,這樣只要有少量的靜電就能使他的G-S極間的等效電容兩端產(chǎn)生很高的電壓,如果不及時把這些少量的靜電瀉放掉,他兩端的高壓就有可能使場效應(yīng)管產(chǎn)生誤動作,甚至有可能擊穿其G-S極;這時柵極與源極之間加的電阻就能把上述的靜電瀉放掉,從而起到了保護(hù)場效應(yīng)管的作用。