功率功率MOSFET雪崩能量及雪崩失效分析雪崩能量及雪崩失效分析
首先阐述了传统测试条件下功率MOSFET管的数据表中雪崩能量值的缺陷,然后讨论了针对实际应用对应着不
同的测试电感值时,功率MOSFET雪崩能量的变化及特性,给出了相应的测试波形。同时,通过不同条件下功
率MOSFET管雪崩失效的显微图片,详细地分析了相应的雪崩特性和产生的原因。在小电感条件下,大电流快
速关断是功率MOSFET管雪崩最为恶劣的情况。
0 引言引言
功率MOSFET管在一些极端的边界条件下的实际应用中,如系统的输出短路及过载测试,输入过电压测试以及动态的老化
测试中,有时会发生
数据表中雪崩电流和雪崩能量的额定值对应着一定的测试条件,特别是不同的公司有时候使用不同的测量电感值,导致工
程师无法在相同的条件下进行比较;即便是使用相同的测量电感值,系统的工作条件和数据表中给定的测试并不相同。功率
MOSFET管数据表中,所使用的电感比实际应用的电感值要大很多,如对于低压功率MOSFET,额定电压低于30 V,行业内
采用的测试雪崩能量的电感值为0.1 mH。过去,只有在低工作频率和大电流的电机驱动中,才会发生非箝位感性负载开关的
雪崩现象,而在这种使用中,电机的电感比较大,行业内就采用大电感来评估功率MOSFET管的雪崩能力。因此,数据表中
雪崩能量只具有参考的价值,本文将详细地讨论这些问题,从而更加明确地理解功率MOSFET的雪崩能量。
1 数据表中雪崩能量值数据表中雪崩能量值
雪崩电流在功率MOSFET的数据表中标示为I
AV
,雪崩能量代表功率MOSFET管抗过电压冲击的能力。在测试雪崩能量过程
中,选取一定的电感值,然后将电流增大,也就是功率MOSFET开通的时间增加,电流也就越大,然后关断,重复这个开通
和关断的过程,直到功率MOSFET损坏,对应的最大电流值就是最大的雪崩电流。注意到在测量雪崩能量时,功率MOSFET
工作在非箝位感性负载开关UIS状态下,具体的测试电路及其工作原理可以参考文献[1-7]。
在数据表中,标称的I
AV
通常要将前面的测试值做70%或80%降额处理,因此它是一个可以保证的参数。功率MOSFET供应
商会对这个参数在生产线上做100%全部检测,因为在实际的测试中,雪崩的电流有降额,因此不会损坏功率MOSFET管。
采用的电感值不同,雪崩的电流值也不同,因此雪崩能量也不同。对于不同的工艺和平台,经常出现这样的现象:在大电
感的时候,其中一个功率MOSFET管的雪崩能量比另一个大,但是,在小电感的时候,前者的雪崩能量反而小于后者。不同
的电子系统中,负载的电感值并不相同,因此,对于一个功率MOSFET管,需要研究在不同的电感条件下雪崩的能力。
2 使用不同电感测量雪崩能量使用不同电感测量雪崩能量
本文研究的功率MOSFET管为AON6232A,额定电压40 V,导通电阻2.9 mΩ,封装DNF5*6。使用的电感值分别为:500
nH、10 μH、100 μH。在许多开关电源系统中,最恶劣的条件是电感或变压器发生饱和,这样储能的电感主要为线路的寄生
电感,功率回路寄生电感通常为200~500 nH,本文使用500 nH的电感值。将损坏的功率MOSFET去除外面的塑料外壳,就
可以得到露出的硅片正面失效损坏的形态。测量的结果、波形及失效损坏的图片分别如图1和图2所示。
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