開關電源MOS的失效原因及預防措施-KIA MOS管

雪崩失效

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。

雪崩失效：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。

下圖為雪崩測試的等效原理圖：

雪崩失效的預防措

雪崩失效歸根結底是電壓失效，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、短的布局結構，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。

SOA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。

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)限定值可以參考下圖：

1.受限于最大額定電流及脈沖電流

2.受限于最大節(jié)溫下的RDSON。

3.受限于器件最大的耗散功率。

4.受限于最大單個脈沖電流。

5.擊穿電壓BVDSS限制區(qū)

電源上的MOSFET，只要保證能器件處于上面限制區(qū)的范圍內，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。

SOA失效的預防措施：

1.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。

2.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開始調試RSENSE電阻。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。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，看下面FLYBACK電流波形圖：

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。

3.合理的熱設計余量。

體二極管失效：在橋式、LLC等有用到體二極管進行續(xù)流的拓撲結構中，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。

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