|什么是雪崩失败

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向MOSFET应用高于绝对最大额定BVDSS的电压会造成破坏。施加比BVDSS高的高功率时,自由电子加速,具有很大的能量。这导致碰撞电离,从而产生电子-孔对。这种电子空穴对因雪崩而增加的现象称为“雪崩破坏”。在这种雪崩击穿过程中,与MOSFET内部二极管电流相反方向流动的电流称为“雪崩电流IAS”。请参见下图(1)。

MOSFET的失效机理

这篇文章的要点

如果向MOSFET应用高于绝对最高额定BVDSS的电压,则会发生崩溃,发生雪崩。

雪崩一旦爆发,就会有过量的电流流动,有MOSFET故障的危险。

MoSFET雪崩失败包括短路引起的失败和热量引起的失败。

什么是雪崩破坏?

向MOSFET应用高于绝对最大额定BVDSS的电压会造成破坏。施加比BVDSS高的高功率时,自由电子加速,具有很大的能量。这导致碰撞电离,从而产生电子-孔对。这种电子空穴对因雪崩而增加的现象称为“雪崩破坏”。在这种雪崩击穿过程中,与MOSFET内部二极管电流相反方向流动的电流称为“雪崩电流IAS”。请参见下图(1)。

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MOSFET雪崩故障电流路径图(红色部分)

雪崩失败:短路引起的失败

如上图所示,IAS通过MOSFET的基底寄生电阻RB。这时,寄生双极晶体管的基座和发射极之间会出现电位差VBE,如果这个电位差很大,寄生双极晶体管可能处于传导状态。如果这个寄生双极晶体管通了,就会有过量的电流,MOSFET可能会因为短路而失败。

雪崩失败:因热而失败

雪崩击穿过程中,不仅会发生雪崩电流引起的寄生双极晶体管的误导造成的短路和损坏,还会发生传导损失引起的热量造成的损伤。如前所述,当MOSFET处于击穿状态时,雪崩电流会流动。在这种状态下,BVDSS应用于MOSFET,通过雪崩电流,其乘积为功率损失。这种电力损失被称为“雪崩能源EAS”。雪崩测试电路和测试结果的波形如下图所示。此外,雪崩能量可以用公式(1)表示。

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雪崩测试的电路图

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雪崩测试中MOSFET的电压电流波形

雪崩能量公式

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通常,具有雪崩保修的MOSFET在规格表中规定IAS和EAS的绝对最大额定值,因此可以通过规格表查看详细值。在雪崩电流流动的工作环境中,必须掌握IAS和EAS的实际值,并在绝对最大额定范围内使用。

引发雪崩的例子包括反击式转换器的MOSFET关闭时的反击电压、寄生电感引起的浪涌电压等。对于半冲击电压引起的雪崩,在电路设计时,对策是采用降低半冲击电压的设计,或采用具有更高耐压性能的MOSFET。对于寄生电感引起的雪崩,通过将针脚转换为较短的封装MOSFET或改善电路板布局来减少寄生电感是有效的。

资料来源:罗马半导体

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