MOS管功率損耗如何測(cè)試-功率MOS管的幾大損壞模式解析-KIA MOS管
信息來(lái)源:本站 日期:2019-09-30
功率MOS管,即MOSFET,其原意是:MOS(Metal Oxide Semiconductor金屬氧化物半導(dǎo)體),F(xiàn)ET(Field Effect Transistor場(chǎng)效應(yīng)晶體管),即以金屬層(M)的柵極隔著氧化層(O)利用電場(chǎng)的效應(yīng)來(lái)控制半導(dǎo)體(S)的場(chǎng)效應(yīng)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(shí)輸出較大的電壓和電流。管子工作在接近極限狀態(tài)。一般直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載,帶載能力要強(qiáng)。功率MOSFET是較常使用的一類功率器件。
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(dá)到擊穿電壓V(BR)DSS (根據(jù)擊穿電流其值不同),并超出一定的能量后就發(fā)生破壞的現(xiàn)象。
在介質(zhì)負(fù)載的開(kāi)關(guān)運(yùn)行斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的回掃電壓,或者由漏磁電感產(chǎn)生的尖峰電壓超出功率MOSFET的漏極額定耐壓并進(jìn)入擊穿區(qū)而導(dǎo)致破壞的模式會(huì)引起雪崩破壞。
典型電路:
由超出安全區(qū)域引起發(fā)熱而導(dǎo)致的。發(fā)熱的原因分為直流功率和瞬態(tài)功率兩種。
直流功率原因:外加直流功率而導(dǎo)致的損耗引起的發(fā)熱
1、導(dǎo)通電阻RDS(on)損耗(高溫時(shí)RDS(on)增大,導(dǎo)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(tài)功率原因:外加單觸發(fā)脈沖
3、負(fù)載短路
4、開(kāi)關(guān)損耗(接通、斷開(kāi)) *(與溫度和工作頻率是相關(guān)的)
5、內(nèi)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(guān)的)
器件正常運(yùn)行時(shí)不發(fā)生的負(fù)載短路等引起的過(guò)電流,造成瞬時(shí)局部發(fā)熱而導(dǎo)致破壞。另外,由于熱量不相配或開(kāi)關(guān)頻率太高使芯片不能正常散熱時(shí),持續(xù)的發(fā)熱使溫度超出溝道溫度導(dǎo)致熱擊穿的破壞。
在DS端間構(gòu)成的寄生二極管運(yùn)行時(shí),由于在Flyback時(shí)功率MOSFET的寄生雙極晶體管運(yùn)行,導(dǎo)致此二極管破壞的模式。
此破壞方式在并聯(lián)時(shí)尤其容易發(fā)生
在并聯(lián)功率MOS FET時(shí)未插入柵極電阻而直接連接時(shí)發(fā)生的柵極寄生振蕩。高速反復(fù)接通、斷開(kāi)漏極-源極電壓時(shí),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(fā)生此寄生振蕩。
當(dāng)諧振條件(ωL=1/ωC)成立時(shí),在柵極-源極間外加遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于驅(qū)動(dòng)電壓Vgs(in)的振動(dòng)電壓,由于超出柵極-源極間額定電壓導(dǎo)致柵極破壞,或者接通、斷開(kāi)漏極-源極間電壓時(shí)的振動(dòng)電壓通過(guò)柵極-漏極電容Cgd和Vgs波形重疊導(dǎo)致正向反饋,因此可能會(huì)由于誤動(dòng)作引起振蕩破壞。
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(guò)電壓破壞和由上電狀態(tài)中靜電在GS兩端(包括安裝和和測(cè)定設(shè)備的帶電)而導(dǎo)致的柵極破壞。
MOSFET/IGBT的開(kāi)關(guān)損耗測(cè)試是電源調(diào)試中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié),但很多工程師對(duì)開(kāi)關(guān)損耗的測(cè)量還停留在人工計(jì)算的感性認(rèn)知上,PFC MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗更是只能依據(jù)口口相傳的經(jīng)驗(yàn)反復(fù)摸索,那么該如何量化評(píng)估呢?
功率損耗的原理圖和實(shí)測(cè)圖
一般來(lái)說(shuō),開(kāi)關(guān)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(xiàn)在“導(dǎo)通過(guò)程”和“關(guān)閉過(guò)程”,小部分能量體現(xiàn)在“導(dǎo)通狀態(tài)”,而關(guān)閉狀態(tài)的損耗很小幾乎為0,可以忽略不計(jì)。
開(kāi)關(guān)管工作的功率損耗原理圖
實(shí)際的測(cè)量波形圖一般如下圖
開(kāi)關(guān)管實(shí)際功率損耗測(cè)試
MOSFET和PFC MOSFET的測(cè)試區(qū)別
對(duì)于普通MOS管來(lái)說(shuō),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(cè)量一個(gè)周期即可。但對(duì)于PFC MOS管來(lái)說(shuō),不同周期的電壓和電流波形都不相同,因此功率損耗的準(zhǔn)確評(píng)估依賴較長(zhǎng)時(shí)間(一般大于10ms),較高采樣率(推薦1G采樣率)的波形捕獲,此時(shí)需要的存儲(chǔ)深度推薦在10M以上,并且要求所有原始數(shù)據(jù)(不能抽樣)都要參與功率損耗計(jì)算,實(shí)測(cè)截圖如下圖所示。
PFC MOSFET功率損耗實(shí)測(cè)圖
開(kāi)關(guān)損耗測(cè)試對(duì)于器件評(píng)估非常關(guān)鍵,通過(guò)示波器的電源分析軟件,可以快速有效的對(duì)器件的功率損耗進(jìn)行評(píng)估。
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