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MOS管損壞是什么原因 開關(guān)耗損詳細(xì)原因

信息來源:本站 日期:2017-07-06 

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mos在控制器電路中的工作狀態(tài):開經(jīng)過程(由截止到導(dǎo)通的過渡過程)、導(dǎo)通狀態(tài)、關(guān)斷過程(由導(dǎo)通到截止的過渡過程)、截止?fàn)顟B(tài)。Mos主要損耗也對應(yīng)這幾個狀態(tài),開關(guān)損耗(開經(jīng)過程和關(guān)斷過程),導(dǎo)通損耗,截止損耗(漏電流惹起的,這個忽略不計),還有雪崩能量損耗。只需把這些損耗控制在mos承受規(guī)格之內(nèi),mos即會正常工作,超出承受范圍,即發(fā)作損壞。

而開關(guān)損耗常常大于導(dǎo)通狀態(tài)損耗(不同mos這個差距可能很大)。
Mos損壞主要緣由:  過流----------持續(xù)大電流或瞬間超大電流惹起的結(jié)溫過高而燒毀;
過壓----------源漏過壓擊穿、源柵極過壓擊穿;靜電----------靜電擊穿。CMOS電路都怕靜電; Mos開關(guān)原理(扼要)。Mos是電壓驅(qū)動型器件,只需柵極和源級間給一個恰當(dāng)電壓,源級和漏級間通路就構(gòu)成。這個電流通路的電阻被成為mos內(nèi)阻,就是導(dǎo)通電阻。這個內(nèi)阻大小基本決議了mos芯片能承受的最大導(dǎo)通電流(當(dāng)然和其它要素有關(guān),最有關(guān)的是熱阻)。內(nèi)阻越小承受電流越大(由于發(fā)熱小)。

Mos問題遠沒這么簡單,省事在它的柵極和源級間,源級和漏級間,柵極和漏級間MOS管三個極內(nèi)部都有等效電容。所以給柵極電壓的過程就是給電容充電的過程(電容電壓不能突變),所以mos源級和漏級間由截止到導(dǎo)通的開經(jīng)過程受柵極電容的充電過程限制。

但是,這三個等效電容是構(gòu)成串并聯(lián)組合關(guān)系,它們相互影響,并不是獨立的,假設(shè)獨立的就很簡單了。其中一個關(guān)鍵電容就是柵極和漏級間的電容Cgd,這個電容業(yè)界稱為米勒電容。這個電容不是恒定的,隨柵極和漏級間電壓變化而疾速變化。這個米勒電容是柵極和源級電容充電的絆腳石,由于柵極給柵-源電容Cgs充電抵達一個平臺后,柵極的充電電流必需給米勒電容Cgd充電,這時柵極和源級間電壓不再升高,抵達一個平臺,這個是米勒平臺(米勒平臺就是給Cgd充電的過程),米勒平臺大家首先想到的省事就是米勒振蕩。(即,柵極先給Cgs充電,抵達一定平臺后再給Cgd充電)由于這個時分源級和漏級間電壓疾速變化,內(nèi)部電容相應(yīng)疾速充放電,這些電流脈沖會招致mos寄生電感產(chǎn)生很大感抗,這里面就有電容,電感,電阻組成震蕩電路(能構(gòu)成2個回路),并且電流脈沖越強頻率越高震蕩幅度越大。所以最關(guān)鍵的問題就是這個米勒平臺如何過渡。


Gs極加電容,減慢mos管導(dǎo)通時間,有助于減小米勒振蕩。防止mos管燒毀。過快的充電會招致猛烈的米勒震蕩,但過慢的充電雖減小了震蕩,但會延長開關(guān)從而增加開關(guān)損耗。Mos開經(jīng)過程源級和漏級間等效電阻相當(dāng)于從無量大電阻到阻值很小的導(dǎo)通內(nèi)阻(導(dǎo)通內(nèi)阻普通低壓mos只需幾毫歐姆)的一個轉(zhuǎn)變過程。比如一個mos最大電流100a,電池電壓96v,在開經(jīng)過程中,有那么一瞬間(剛進入米勒平臺時)mos發(fā)熱功率是P=V*I(此時電流已達最大,負(fù)載尚未跑起來,一切的功率都降落在MOS管上),P=96*100=9600w!這時它發(fā)熱功率最大,然后發(fā)熱功率疾速降低直到完好導(dǎo)通時功率變成100*100*0.003=30w(這里假定這個mos導(dǎo)通內(nèi)阻3毫歐姆)。開關(guān)過程中這個發(fā)熱功率變化是驚人的。

假設(shè)開通時間慢,意味著發(fā)熱從9600w到30w過渡的慢,mos結(jié)溫會升高的兇猛。所以開關(guān)越慢,結(jié)溫越高,容易燒mos。為了不燒mos,只能降低mos限流或者降低電池電壓,比如給它限制50a或電壓降低一半成48v,這樣開關(guān)發(fā)熱損耗也降低了一半。不燒管子了。這也是高壓控容易燒管子緣由,高壓控制器和低壓的只需開關(guān)損耗不一樣(開關(guān)損耗和電池端電壓基本成正比,假定限流一樣),導(dǎo)通損耗完好受mos內(nèi)阻決議,和電池電壓沒任何關(guān)系。其實整個mos開經(jīng)過程非常復(fù)雜。里面變量太多??傊褪情_關(guān)慢不容易米勒震蕩,但開關(guān)損耗大,管子發(fā)熱大,開關(guān)速度快理論上開關(guān)損耗低(只需能有效抑止米勒震蕩),但是常常米勒震蕩很兇猛(假設(shè)米勒震蕩很嚴(yán)重,可能在米勒平臺就燒管子了),反而開關(guān)損耗也大,并且上臂mos震蕩更有可能惹起下臂mos誤導(dǎo)通,構(gòu)成上下臂短路。所以這個很考驗設(shè)計師的驅(qū)動電路布線和主回路布線技藝。最終就是找個平衡點(普通開經(jīng)過程不超越1us)。


開通損耗這個最簡單,只和導(dǎo)通電阻成正比,想大電流低損耗找內(nèi)阻低的。下面引見下對普通用戶適用點的。 Mos選擇的重要參數(shù)扼要說明。以datasheet舉例說明。  柵極電荷。Qgs, Qgd  Qgs:指的是柵極從0v充電到對應(yīng)電流米勒平臺時總充入電荷(理論電流不同,這個平臺高度不同,電流越大,平臺越高,這個值越大)。這個階段是給Cgs充電(也相當(dāng)于Ciss,輸入電容)。  Qgd:指的是整個米勒平臺的總充電電荷(在這稱為米勒電荷)。這個過程給Cgd(Crss,這個電容隨著gd電壓不同疾速變化)充電。

開關(guān)過沖中,mos主要發(fā)熱區(qū)間是粗紅色標(biāo)注的階段。從Vgs開端超越閾值電壓,到米勒平臺終了是主要發(fā)熱區(qū)間。其中米勒平臺終了后mos基本完好翻開這時損耗是基本導(dǎo)通損耗(mos內(nèi)阻越低損耗越低)。閾值電壓前,mos沒有翻開,幾乎沒損耗(只需漏電流惹起的一點損耗)。其中又以紅色拐彎中央損耗最大(Qgs充電將近終了,快到米勒平臺和剛進入米勒平臺這個過程發(fā)熱功率最大(更粗線表示)。 所以一定充電電流下,紅色標(biāo)注區(qū)間總電荷小的管子會很快渡過,這樣發(fā)熱區(qū)間時間就短,總發(fā)熱量就低。所以理論上選擇Qgs和Qgd小的mos管能快速渡過開關(guān)區(qū)。導(dǎo)通內(nèi)阻。Rds(on)。這個耐壓一定情況下是越低越好。不過不同廠家標(biāo)的內(nèi)阻是有不同測試條件的。測試條件不同,內(nèi)阻丈量值會不一樣。


同一管子,溫度越高內(nèi)阻越大(這是硅半導(dǎo)體材料在mos制造工藝的特性,改動不了,能稍改善)。所以大電流測試內(nèi)阻會增大(大電流下結(jié)溫會顯著升高),小電流或脈沖電流測試,內(nèi)阻降低(由于結(jié)溫沒有大幅升高,沒熱積聚)。有的管子標(biāo)稱典型內(nèi)阻和你自己用小電流測試幾乎一樣,而有的管子自己小電流測試比標(biāo)稱典型內(nèi)阻低很多(由于它的測試標(biāo)準(zhǔn)是大電流)


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