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  • MOS管失效原因與預防措施分析總結(jié)
    • 發(fā)布時間:2020-11-13 18:09:00
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    MOS管失效原因與預防措施分析總結(jié)
    六個可能讓MOS管失效原因分析
    目前在市場應用方面,排名第一的是消費類電子電源適配器產(chǎn)品。而MOS管的應用領域排名第二的是計算機主板、NB、計算機類適配器、LCD顯示器等產(chǎn)品,隨著國情的發(fā)展計算機主板、計算機類適配器、LCD顯示器對MOS管的需求有要超過消費類電子電源適配器的現(xiàn)象了。第三的就屬網(wǎng)絡通信、工業(yè)控制、汽車電子以及電力設備領域了,這些產(chǎn)品對于MOS管的需求也是很大的,特別是現(xiàn)在汽車電子對于MOS管的需求直追消費類電子了。
    下面對MOS失效原因總結(jié)以下六點,然后對1,2重點進行分析:
    雪崩失效(電壓失效),也就是我們常說的漏源間的BVdss電壓超過MOSFET的額定電壓,并且超過達到了一定的能力從而導致MOSFET失效。
    SOA失效(電流失效),既超出MOSFET安全工作區(qū)引起失效,分為Id超出器件規(guī)格失效以及Id過大,損耗過高器件長時間熱積累而導致的失效。
    體二極管失效:在橋式、LLC等有用到體二極管進行續(xù)流的拓撲結(jié)構(gòu)中,由于體二極管遭受破壞而導致的失效。
    諧振失效:在并聯(lián)使用的過程中,柵極及電路寄生參數(shù)導致震蕩引起的失效。
    靜電失效:在秋冬季節(jié),由于人體及設備靜電而導致的器件失效。
    柵極電壓失效:由于柵極遭受異常電壓尖峰,而導致柵極柵氧層失效。
    雪崩失效分析(電壓失效)
    到底什么是雪崩失效呢,簡單來說MOSFET在電源板上由于母線電壓、變壓器反射電壓、漏感尖峰電壓等等系統(tǒng)電壓疊加在MOSFET漏源之間,導致的一種失效模式。
    簡而言之就是由于就是MOSFET漏源極的電壓超過其規(guī)定電壓值并達到一定的能量限度而導致的一種常見的失效模式。下面的圖片為雪崩測試的等效原理圖,做為電源工程師可以簡單了解下。
    MOS管失效原因
    可能我們經(jīng)常要求器件生產(chǎn)廠家對我們電源板上的MOSFET進行失效分析,大多數(shù)廠家都僅僅給一個EAS.EOS之類的結(jié)論,那么到底我們怎么區(qū)分是否是雪崩失效呢,下面是一張經(jīng)過雪崩測試失效的器件圖,我們可以進行對比從而確定是否是雪崩失效。
    雪崩失效的預防措施
    雪崩失效歸根結(jié)底是電壓失效,因此預防我們著重從電壓來考慮。具體可以參考以下的方式來處理。
    ① 合理降額使用,目前行業(yè)內(nèi)的降額一般選取80%-95%的降額,具體情況根據(jù)企業(yè)的保修條款及電路關注點進行選取。
    ② 合理的變壓器反射電壓。
    ③ 合理的RCD及TVS吸收電路設計。
    ④ 大電流布線盡量采用粗、短的布局結(jié)構(gòu),盡量減少布線寄生電感。
    ⑤ 選擇合理的柵極電阻Rg。
    ⑥ 在大功率電源中,可以根據(jù)需要適當?shù)募尤隦C減震或齊納二極管進行吸收。
    MOS管失效原因
    SOA失效(電流失效)
    再簡單說下第二點,SOA失效SOA失效是指電源在運行時異常的大電流和電壓同時疊加在MOSFET上面,造成瞬時局部發(fā)熱而導致的破壞模式。或者是芯片與散熱器及封裝不能及時達到熱平衡導致熱積累,持續(xù)的發(fā)熱使溫度超過氧化層限制而導致的熱擊穿模式。
    關于SOA各個線的參數(shù)限定值可以參考下面圖片。
    MOS管失效原因
    受限于最大額定電流及脈沖電流。
    受限于最大節(jié)溫下的RDSON。
    受限于器件最大的耗散功率。
    受限于最大單個脈沖電流。
    擊穿電壓BVDSS限制區(qū)
    我們電源上的MOSFET,只要保證能器件處于上面限制區(qū)的范圍內(nèi),就能有效的規(guī)避由于MOSFET而導致的電源失效問題的產(chǎn)生。這個是一個非典型的SOA導致失效的一個解刨圖,由于去過鋁,可能看起來不那么直接,參考下。
    MOS管失效原因
    SOA失效的預防措施:
    確保在最差條件下,MOSFET的所有功率限制條件均在SOA限制線以內(nèi)。將OCP功能一定要做精確細致。在進行OCP點設計時,一般可能會取1.1-1.5倍電流余量的工程師居多,然后就根據(jù)IC的保護電壓,比如0.7V開始調(diào)試RSENSE電阻。有些有經(jīng)驗的人會將檢測延遲時間、CISS對OCP實際的影響考慮在內(nèi)。但是此時有個更值得關注的參數(shù),那就是MOSFET的Td(off)。它到底有什么影響呢,我們看下面FLYBACK電流波形圖。
    MOS管失效原因
    從圖中可以看出,電流波形在快到電流尖峰時,有個下跌,這個下跌點后又有一段的上升時間,這段時間其本質(zhì)就是IC在檢測到過流信號執(zhí)行關斷后,MOSFET本身也開始執(zhí)行關斷,但是由于器件本身的關斷延遲,因此電流會有個二次上升平臺,如果二次上升平臺過大,那么在變壓器余量設計不足時,就極有可能產(chǎn)生磁飽和的一個電流沖擊或者電流超器件規(guī)格的一個失效。
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