mos 控制交流_详解MOS管原理及几种常见失效分析

MOS管英文全称Metal Oxide Semiconductor即金属氧化物半导体，即集成电路中的绝缘场效应管。确切地说，这个名字描述了集成电路MOS管道结构，即在一定结构的半导体设备上加入二氧化硅和金属，形成栅极。 MOS管的source和drain可以对调，都在P型backgateN型区域形成。在大多数情况下，两个区域是相同的，即使两端对调也不会影响设备的性能，被认为是对称的。

MOS管工作原理

MOS管道的工作原理(N通道增强型)MOS使用场效应管)VGS控制感应电荷的数量，从而改变这些感应电荷形成的导电沟的状态，从而达到控制漏极电流的目的。

在制造管道时，绝缘层中有大量的正离子，因此在界面的另一侧可以感应到更多的负电荷，即使在VGS=0时也有较大的漏极电流ID。当栅极电压发生变化时，感应电荷也会发生变化，导电沟的宽度也会发生变化，因此漏极电流ID随着栅极电压的变化而变化。

MOS管的分类

MOS根据沟材料型和绝缘栅型分为N沟和P沟两种，根据导电方式分为耗尽型和增强型MOS场效应晶体管分为N沟耗尽型和增强型，P沟槽耗尽型和增强型四类。但现实中耗尽型很少，P沟较少，N沟增强型最多。

大部分MOS管道的外观非常相似，常见的包装类型有TO252 / TO220 / TO92 / TO3 / TO247等，但具体型号有上千种，所以光从外观上是分不开的。对于不熟悉型号、经验较少的人来说，更好的方法是检查设备datasheet。 会详细告诉你，它的类型和具体参数对你设计电路非常有用。我们通常根据型号来区分类型，比如IRF530 / IRF540 / IRF3205 / IRPF这些都是非常常见的N沟增强型。 无论N型还是P型MOS管，其工作原理本质是一样的，是由加在输入端栅极的电压来控制输出端漏极的电流。MOS管道是一种压力控制装置。通过增加在栅极上的电压控制装置的特性，在开关应用中不会产生基极电流引起的电荷存储效应，MOS开关速度应比三极管快。

• N型MOS管的特性：VGS只要栅极电压达到一定电压(如4V或10V，其他电压可以看手册)。
• P型MOS管的特性：VGS如果小于一定值，就会导通，适合源极接VCC情况(高端驱动)。但是，虽然P型MOS管道可以很容易地用作高端驱动，但N型通常用于高端驱动，因为导电阻大，价格贵，替代品种少。MOS管。

MOS管道故障的六大原因

1. 雪崩失效(电压失效):我们常说的漏源BVdss电压超过MOS管道的额定电压超过了一定的能力MOS管失效。

2. 栅极电压失效：由于栅极遭受异常电压尖峰，而导致栅极栅氧层失效

3. 静电失效：在秋冬季节，由于人体及设备静电而导致的器件失效。

4. 谐振失效：并联使用过程中，格栅极和电路寄生参数引起振荡失效。

5. 二极管故障：桥式，LLC在有用于体二极管续流的拓扑结构中，体二极管因损坏而失效。

6. SOA失效(电流失效):超过MOS管道安全工作区域失效分为Id超出设备规格的故障和超出设备规格的故障Id过大，器件长期热积累造成的损耗过高。

雪崩失效(电压失效)

什么是雪崩失了什么？简单来说，MOS由于母线电压、变压器反射电压、泄漏尖峰电压等系统电压叠加在电源板上MOS管道泄漏源之间的故障模式。简而言之，这是因为MOS由于管道泄漏极的电压超过其规定的电压值，并达到一定的能量限度而导致的常见故障模式。 雪崩破坏预防措施：

• 合理降额使用。目前行业内降额一般为80%-95%。具体情况根据公司保修条款和电路重点选择。

• 变压器反射电压合理。

• 合理的RCD和TVS吸收电路设计。

• 大电流接线应尽量布置大小，以减少接线寄生电感。

• 选择合理的门电阻Rg。

• 可根据需要增加大功率电源RC阻尼或齐纳二极管吸收。

网极电压故障

栅极电压异常高的主要原因有三： 静电在生产、运输、装配过程中； 电力系统运行中设备和电路寄生参数引起的高压谐振； 在高压冲击过程中，高压通过Ggd传输到电网(这种故障在雷击试验中更为常见)。 防止门极电压故障的措施：

• 栅极与源极之间的过电压保护：如果栅极与源极之间的阻抗过高，泄漏极与源极之间的电压突然变化将通过电极之间的电容耦合到栅极上，导致非常高UGS电压超调，导致栅极超调。永久性损坏氧化物层。若为正方向UGS在瞬态电压下，设备也可能导致错误。为此，应适当降低栅极驱动电路的阻抗，并在栅极和源极之间并联一个阻尼电阻或一个稳压约20V的调压器。必须特别注意防止开门。

• 排水管之间的过电压保护：如果电路中有电感负载，当设备关闭时，漏极电流(di/dt)突然变化会导致漏极电压超调，远高于电源电压，导致设备损坏。齐纳钳、RC钳或RC抑制电路等保护措施。

静电分析

静电的基本物理特性是： 有吸引力或排斥力；有电场，与地球有电位差；产生放电电流。 这三种情况对电子元件有以下影响：

• 元件吸收灰尘，改变线路之间的阻抗，影响元件的功能和使用寿命。

• 由于电场或电流的作用，元件的绝缘层和导体损坏，部件不能工作（完全损坏）。

• 由于电场瞬时软击穿或电流过热，部件损坏。虽然它还能工作，但它的生命已经受损。

静电失效预防措施： MOS通电时，电路输入端保护二极管的电流容量为1m安。 当可能出现过大的瞬时输入电流(大于10mA)输入保护电阻应串联。 同时，由于保护电路吸收的瞬时能量有限，过大的瞬时信号和过高的静电电压会使保护电路失效。 因此，在焊接过程中，烙铁必须可靠接地，以防止设备输入端泄漏。 一般使用时，断电后，可用烙铁余热焊接，接地脚应先焊接。

谐振失效

当功率MOS栅极寄生振荡发生在管道并联而不插入栅极电阻但直接连接时。当泄漏电压在高速下反复打开和断开时，这种寄生振荡发生在由栅极泄漏电容器引起的Cgd(Crss)和栅极pin电感Lg在构成的谐振电路中。当建立共振条件时(ωL=1/ωC)在栅极和源极之间施加远大于驱动电压Vgs(in)振动电压、格栅极因超过格栅极源额定电压而损坏，通过格栅极漏极电容器进行泄漏电压开关时的振动电压Cgd和Vgs重叠波形产生正反馈，可能导致故障和振荡损伤。 谐振失效预防措施： 阻力可以抑制阻尼引起的振荡。 然而，将小电阻串联到栅极并不能解决振荡阻尼问题， 主要原因是驱动电路的阻抗匹配和功率管开关时间的调整。

二次管故障

在不同的拓扑和电路中，MOS管道有不同的功能。例如，在LLC体二极管的速度也受到影响MOS管道可靠性的一个重要因素。由于二极管本身是一个寄生参数，很难区分泄漏源二极管故障和泄漏电压故障。二极管故障的解决方案主要是结合自己的电路进行分析。

SOA故障(电流故障)

半导体光放大器(SOA)故障是指电源工作过程中的故障MOS异常大的电流和电压造成的损坏模式同时叠加在管道上。 或者芯片、散热器和包装不能及时达到热平衡，导致热积累，连续热产生导致温度超过热击穿模式引起的氧化物层的极限。 SOA失效预防措施： 确保在最坏的情况下，MOS管道的所有功率限制都在SOA限制线内； OCP功能必须准确、详细。 扫码入群 扫码添加管理员微信

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