MOS管損壞是什么原因 開關耗損詳細原因
信息來源：本站 日期：2017-07-06
mos在控制器電路中的工作狀態(tài)：開經(jīng)過程（由截止到導通的過渡過程）、導通狀態(tài)、關斷過程（由導通到截止的過渡過程）、截止狀態(tài)。Mos主要損耗也對應這幾個狀態(tài)，開關損耗（開經(jīng)過程和關斷過程），導通損耗，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，mos即會正常工作，超出承受范圍，即發(fā)作損壞。
而開關損耗常常大于導通狀態(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開關原理（扼要）。Mos是電壓驅動型器件，只需柵極和源級間給一個恰當電壓，源級和漏級間通路就構成。這個電流通路的電阻被成為mos內阻，就是導通電阻
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成串并聯(lián)組合關系，它們相互影響，并不是獨立的，假設獨立的就很簡單了。其中一個關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，內部電容相應疾速充放電，這些電流脈沖會招致mos寄生電感產生很大感抗，這里面就有電容，電感，電阻組成震蕩電路（能構成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，但會延長開關從而增加開關損耗。Mos開經(jīng)過程源級和漏級間等效電阻相當于從無量大電阻到阻值很小的導通內阻（導通內阻普通低壓mos只需幾毫歐姆）的一個轉變過程。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通時功率變成100*100*0.003=30w（這里假定這個mos導通內阻3毫歐姆）。開關過程中這個發(fā)熱功率變化是驚人的。
假設開通時間慢，意味著發(fā)熱從9600w到30w過渡的慢，mos結溫會升高的兇猛。所以開關越慢，結溫越高，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損耗不一樣（開關損耗和電池端電壓基本成正比，假定限流一樣），導通損耗完好受mos內阻決議，和電池電壓沒任何關系。其實整個mos開經(jīng)過程非常復雜。里面變量太多。總之就是開關慢不容易米勒震蕩，但開關損耗大，管子發(fā)熱大，開關速度快理論上開關損耗低（只需能有效抑止米勒震蕩），但是常常米勒震蕩很兇猛（假設米勒震蕩很嚴重，可能在米勒平臺就燒管子了），反而開關損耗也大，并且上臂mos震蕩更有可能惹起下臂mos誤導通，構成上下臂短路。所以這個很考驗設計師的驅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，只和導通電阻成正比，想大電流低損耗找內阻低的。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。
開關過沖中，mos主要發(fā)熱區(qū)間是粗紅色標注的階段。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通損耗（mos內阻越低損耗越低）。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管能快速渡過開關區(qū)。導通內阻。Rds（on）。這個耐壓一定情況下是越低越好。不過不同廠家標的內阻是有不同測試條件的。測試條件不同，內阻丈量值會不一樣。
同一管子，溫度越高內阻越大（這是硅半導體材料在mos制造工藝的特性，改動不了，能稍改善）。所以大電流測試內阻會增大（大電流下結溫會顯著升高），小電流或脈沖電流測試，內阻降低（由于結溫沒有大幅升高，沒熱積聚）。有的管子標稱典型內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稱典型內阻低很多（由于它的測試標準是大電流）
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