雪崩失效
MOSFET漏源极的电压超过其规定电压值,并且达到一定的能量限度而导致的一种常见的失效模式。下面这张测试图是区分是否雪崩失效。
那么,我们应该怎样有效预防雪崩效应呢?
雪崩效应的主要原因是由电压引起的,因此在预防手段上,我们会着重从电压方面入手:
1、合理降额,目前行业内的降额一般选取80%-95%;
2、合理的变压器反射电压;
3、合理的RCD及TVS吸收电路设计;
4、尽量采用粗、短的布局结构的大电流布线,减少布线寄生电感;
5、选择合理的栅极电阻Rg;
6、在大功率电源中,适当的加入RC减震或齐纳二极管进行吸收。
SOA失效(电流失效)
是指电源在运行时,异常的大电流和电压同时叠加在MOSFET上面,造成瞬时局部发热而导致的破坏模式。或者是由于芯片与散热器及封装不能及时达到热平衡导致热积累,持续的发热使温度超过氧化层限制而导致的热击穿模式。
SOA失效的预防措施
1、确保在最差条件下,MOSFET所有功率限制条件均在SOA限制线以内。
2、将OCP功能做到精确细致。在进行OCP点设计时,一般可能会取1.1-1.5倍电流余量居多,随后根据IC的保护电压,例如0.7V开始调试RSENSE电阻。
3、合理的热设计余量,例如加入散热器。
MOS管发热分析
MOS管发热一般是由于超出安全区域引起发热而导致的。
发热的原因一般是直流功率和瞬态功率两种:
直流功率
1.导通电阻RDS(on)损耗,高温时RDS(on)增大,导致一定电流下,功耗增加;
2.由漏电流IDSS引起的损耗(和其他损耗相比较小);
瞬态功率:
1.外加单触发脉冲;
2.负载短路;
3.开关损耗(接通、断开) ,与温度和工作频率是相关的;
4.内置二极管的trr损耗(上下桥臂短路损耗),与温度和工作频率是相关的;
一般解决MOS管发热问题,要判断是否是以上原因造成,需要进行正确的测试去发现问题所在 。
在进行开关电源测试中,可以用三用表测量控制电路其他器件的引脚电压,重点在于用示波器测量相关的电压波形。
当判断开关电源是否工作正常,例如电源的工作状态,变压器原边和次级以及输出反馈是否合理,开关MOS管是否工作正常,PWM控制器输出端是否正常,包括脉冲的幅度和占空比是否正常,等等。
解决的措施:
改变栅极驱动电阻阻值,选择合适的频率,给予MOS管完全导通创造条件;
选择内阻更小的MOS管,使管子本身的压降降低;
合理选择的散热器。
此外,常见的MOS管失效效应还有:
体二极管失效
在桥式、LLC等需要使用体二极管进行续流的拓扑结构中,由于体二极管(PN结)遭受破坏而导致的失效。
预防方案:
1.选用恢复时间较小的MOS管
2.优化电路设计
静电失效
当MOS管受到静电放电时,会导致器件失效。
预防方案:
采用静电保护电路来保护MOS管。
栅极电压失效
由于栅极遭受异常电压尖峰,而导致栅极栅氧层失效
预防方案
选择合适的MOS管型号,或者采用过压保护电路来保护MOS管。
谐振失效
在并联使用的过程中,栅极及电路寄生参数导致震荡引起的失效。
预防方案
1.PCB布线时,走线需要尽量短,尤其是MOS管驱动信号线;
2.驱动回路中串联电阻,以增大阻尼;
3.采用补偿电路来消除谐振效应。
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