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          什么是雪崩失效

          發布時間:2022-09-22 來源:羅姆半導體 責任編輯:wenwei

          【導讀】當向MOSFET施加高于絕對最大額定值BVDSS的電壓時,就會發生擊穿。當施加高于BVDSS的高電場時,自由電子被加速并帶有很大的能量。這會導致碰撞電離,從而產生電子-空穴對。這種電子-空穴對呈雪崩式增加的現象稱為“雪崩擊穿”。在這種雪崩擊穿期間,與 MOSFET內部二極管電流呈反方向流動的電流稱為“雪崩電流IAS”,參見下圖(1)。


          MOSFET的失效機理


          本文的關鍵要點


          ? 當向MOSFET施加高于絕對最大額定值BVDSS的電壓時,會造成擊穿并引發雪崩擊穿。

          ? 發生雪崩擊穿時,會流過大電流,存在MOSFET失效的危險。

          ? MOSFET雪崩失效包括短路造成的失效和熱量造成的失效。


          什么是雪崩擊穿


          當向MOSFET施加高于絕對最大額定值BVDSS的電壓時,就會發生擊穿。當施加高于BVDSS的高電場時,自由電子被加速并帶有很大的能量。這會導致碰撞電離,從而產生電子-空穴對。這種電子-空穴對呈雪崩式增加的現象稱為“雪崩擊穿”。在這種雪崩擊穿期間,與 MOSFET內部二極管電流呈反方向流動的電流稱為“雪崩電流IAS”,參見下圖(1)。


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          MOSFET的雪崩失效電流路徑示意圖(紅色部分)


          雪崩失效:短路造成的失效


          如上圖所示,IAS會流經MOSFET的基極寄生電阻RB。此時,寄生雙極型晶體管的基極和發射極之間會產生電位差VBE,如果該電位差較大,則寄生雙極晶體管可能會變為導通狀態。一旦這個寄生雙極晶體管導通,就會流過大電流,MOSFET可能會因短路而失效。


          雪崩失效:熱量造成的失效


          在雪崩擊穿期間,不僅會發生由雪崩電流導致寄生雙極晶體管誤導通而造成的短路和損壞,還會發生由傳導損耗帶來的熱量造成的損壞。如前所述,當MOSFET處于擊穿狀態時會流過雪崩電流。在這種狀態下,BVDSS被施加到MOSFET并且流過雪崩電流,它們的乘積成為功率損耗。這種功率損耗稱為“雪崩能量EAS”。雪崩測試電路及其測試結果的波形如下圖所示。此外,雪崩能量可以通過公式(1)來表示。


          14.png

          雪崩測試的電路簡圖


          1662104917209354.png

          雪崩測試中MOSFET的電壓和電流波形


          雪崩能量公式


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          一般情況下,有抗雪崩保證的MOSFET,在其規格書中會規定IAS和EAS的絕對最大額定值,因此可以通過規格書來了解詳細的值。在有雪崩電流流動的工作環境中,需要把握IAS和EAS的實際值,并在絕對最大額定值范圍內使用。


          引發雪崩擊穿的例子包括反激式轉換器中的MOSFET關斷時的反激電壓和寄生電感引起的浪涌電壓等。針對反激電壓引起的雪崩擊穿,對策包括在設計電路時采用降低反激電壓的設計或使用具有更高耐壓性能的MOSFET。而針對寄生電感引起的雪崩擊穿,改用引腳更短的封裝的MOSFET或改善電路板布局以降低寄生電感等都是比較有效的措施。


          來源:羅姆半導體



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