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MOS管功率損耗如何測試-功率MOS管的幾大損壞模式解析-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2019-09-30 

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MOS管功率損耗如何測試-功率MOS管的幾大損壞模式解析

功率MOS管簡介

功率MOS管,即MOSFET,其原意是:MOS(Metal Oxide Semiconductor金屬氧化物半導體),FET(Field Effect Transistor場效應晶體管),即以金屬層(M)的柵極隔著氧化層(O)利用電場的效應來控制半導體(S)的場效應晶體管。


功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。因此,要求同時輸出較大的電壓和電流。管子工作在接近極限狀態。一般直接驅動負載,帶載能力要強。功率MOSFET是較常使用的一類功率器件。


功率MOS管的幾大損壞模式
(一)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,而且達到擊穿電壓V(BR)DSS (根據擊穿電流其值不同),并超出一定的能量后就發生破壞的現象。


在介質負載的開關運行斷開時產生的回掃電壓,或者由漏磁電感產生的尖峰電壓超出功率MOSFET的漏極額定耐壓并進入擊穿區而導致破壞的模式會引起雪崩破壞。


典型電路:


功率損耗,MOS管


(二)器件發熱損壞

由超出安全區域引起發熱而導致的。發熱的原因分為直流功率和瞬態功率兩種。


直流功率原因:外加直流功率而導致的損耗引起的發熱


1、導通電阻RDS(on)損耗(高溫時RDS(on)增大,導致一定電流下,功耗增加)


2、由漏電流IDSS引起的損耗(和其他損耗相比極?。?。瞬態功率原因:外加單觸發脈沖


3、負載短路


4、開關損耗(接通、斷開) *(與溫度和工作頻率是相關的)


5、內置二極管的trr損耗(上下橋臂短路損耗)(與溫度和工作頻率是相關的)


器件正常運行時不發生的負載短路等引起的過電流,造成瞬時局部發熱而導致破壞。另外,由于熱量不相配或開關頻率太高使芯片不能正常散熱時,持續的發熱使溫度超出溝道溫度導致熱擊穿的破壞。


功率損耗,MOS管


(三)內置二極管破壞

在DS端間構成的寄生二極管運行時,由于在Flyback時功率MOSFET的寄生雙極晶體管運行,導致此二極管破壞的模式。


功率損耗,MOS管


(四)由寄生振蕩導致的破壞

此破壞方式在并聯時尤其容易發生


在并聯功率MOS FET時未插入柵極電阻而直接連接時發生的柵極寄生振蕩。高速反復接通、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生此寄生振蕩。


當諧振條件(ωL=1/ωC)成立時,在柵極-源極間外加遠遠大于驅動電壓Vgs(in)的振動電壓,由于超出柵極-源極間額定電壓導致柵極破壞,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波形重疊導致正向反饋,因此可能會由于誤動作引起振蕩破壞。


功率損耗,MOS管


(五)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中靜電在GS兩端(包括安裝和和測定設備的帶電)而導致的柵極破壞。


功率損耗,MOS管


MOS管功率損耗怎么測?

MOSFET/IGBT的開關損耗測試是電源調試中非常關鍵的環節,但很多工程師對開關損耗的測量還停留在人工計算的感性認知上,PFC MOSFET的開關損耗更是只能依據口口相傳的經驗反復摸索,那么該如何量化評估呢?


功率損耗的原理圖和實測圖

一般來說,開關管工作的功率損耗原理圖如圖 1所示,主要的能量損耗體現在“導通過程”和“關閉過程”,小部分能量體現在“導通狀態”,而關閉狀態的損耗很小幾乎為0,可以忽略不計。


功率損耗,MOS管

開關管工作的功率損耗原理圖


實際的測量波形圖一般如下圖


功率損耗,MOS管

開關管實際功率損耗測試


MOSFET和PFC MOSFET的測試區別

對于普通MOS管來說,不同周期的電壓和電流波形幾乎完全相同,因此整體功率損耗只需要任意測量一個周期即可。但對于PFC MOS管來說,不同周期的電壓和電流波形都不相同,因此功率損耗的準確評估依賴較長時間(一般大于10ms),較高采樣率(推薦1G采樣率)的波形捕獲,此時需要的存儲深度推薦在10M以上,并且要求所有原始數據(不能抽樣)都要參與功率損耗計算,實測截圖如下圖所示。


功率損耗,MOS管

PFC MOSFET功率損耗實測圖


開關損耗測試對于器件評估非常關鍵,通過示波器的電源分析軟件,可以快速有效的對器件的功率損耗進行評估。


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