MOS管損壞是什么原因 開(kāi)關(guān)耗損詳細(xì)原因
信息來(lái)源：本站 日期：2017-07-06
mos在控制器電路中的工作狀態(tài)：開(kāi)經(jīng)過(guò)程（由截止到導(dǎo)通的過(guò)渡過(guò)程）、導(dǎo)通狀態(tài)、關(guān)斷過(guò)程（由導(dǎo)通到截止的過(guò)渡過(guò)程）、截止?fàn)顟B(tài)。Mos主要損耗也對(duì)應(yīng)這幾個(gè)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)損耗（開(kāi)經(jīng)過(guò)程和關(guān)斷過(guò)程），導(dǎo)通損耗，截止損耗（漏電流惹起的，這個(gè)忽略不計(jì)），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(huì)正常工作，超出承受范圍，即發(fā)作損壞。
而開(kāi)關(guān)損耗常常大于導(dǎo)通狀態(tài)損耗（不同mos這個(gè)差距可能很大)。
Mos損壞主要緣由： 過(guò)流----------持續(xù)大電流或瞬間超大電流惹起的結(jié)溫過(guò)高而燒毀；
過(guò)壓----------源漏過(guò)壓擊穿、源柵極過(guò)壓擊穿；靜電----------靜電擊穿。CMOS電路都怕靜電； Mos開(kāi)關(guān)原理（扼要）。Mos是電壓驅(qū)動(dòng)型器件，只需柵極和源級(jí)間給一個(gè)恰當(dāng)電壓，源級(jí)和漏級(jí)間通路就構(gòu)成。這個(gè)電流通路的電阻被成為mos內(nèi)阻，就是導(dǎo)通電阻
Mos問(wèn)題遠(yuǎn)沒(méi)這么簡(jiǎn)單，省事在它的柵極和源級(jí)間，源級(jí)和漏級(jí)間，柵極和漏級(jí)間MOS管三個(gè)極內(nèi)部都有等效電容。所以給柵極電壓的過(guò)程就是給電容充電的過(guò)程（電容電壓不能突變），所以mos源級(jí)和漏級(jí)間由截止到導(dǎo)通的開(kāi)經(jīng)過(guò)程受柵極電容的充電過(guò)程限制。
但是，這三個(gè)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(dú)立的，假設(shè)獨(dú)立的就很簡(jiǎn)單了。其中一個(gè)關(guān)鍵電容就是柵極和漏級(jí)間的電容Cgd，這個(gè)電容業(yè)界稱(chēng)為米勒電容。這個(gè)電容不是恒定的，隨柵極和漏級(jí)間電壓變化而疾速變化。這個(gè)米勒電容是柵極和源級(jí)電容充電的絆腳石，由于柵極給柵-源電容Cgs充電抵達(dá)一個(gè)平臺(tái)后，柵極的充電電流必需給米勒電容Cgd充電，這時(shí)柵極和源級(jí)間電壓不再升高，抵達(dá)一個(gè)平臺(tái)，這個(gè)是米勒平臺(tái)（米勒平臺(tái)就是給Cgd充電的過(guò)程），米勒平臺(tái)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(dá)一定平臺(tái)后再給Cgd充電）由于這個(gè)時(shí)分源級(jí)和漏級(jí)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(huì)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(gè)回路），并且電流脈沖越強(qiáng)頻率越高震蕩幅度越大。所以最關(guān)鍵的問(wèn)題就是這個(gè)米勒平臺(tái)如何過(guò)渡。
Gs極加電容，減慢mos管導(dǎo)通時(shí)間，有助于減小米勒振蕩。防止mos管燒毀。過(guò)快的充電會(huì)招致猛烈的米勒震蕩，但過(guò)慢的充電雖減小了震蕩，但會(huì)延長(zhǎng)開(kāi)關(guān)從而增加開(kāi)關(guān)損耗。Mos開(kāi)經(jīng)過(guò)程源級(jí)和漏級(jí)間等效電阻相當(dāng)于從無(wú)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(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程。比如一個(gè)mos最大電流100a，電池電壓96v，在開(kāi)經(jīng)過(guò)程中，有那么一瞬間（剛進(jìn)入米勒平臺(tái)時(shí)）mos發(fā)熱功率是P=V*I(此時(shí)電流已達(dá)最大，負(fù)載尚未跑起來(lái)，一切的功率都降落在MOS管上)，P=96*100=9600w！這時(shí)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(shí)功率變成100*100*0.003=30w（這里假定這個(gè)mos導(dǎo)通內(nèi)阻3毫歐姆）。開(kāi)關(guān)過(guò)程中這個(gè)發(fā)熱功率變化是驚人的。
假設(shè)開(kāi)通時(shí)間慢，意味著發(fā)熱從9600w到30w過(guò)渡的慢，mos結(jié)溫會(huì)升高的兇猛。所以開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)損耗不一樣（開(kāi)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(méi)任何關(guān)系。其實(shí)整個(gè)mos開(kāi)經(jīng)過(guò)程非常復(fù)雜。里面變量太多。總之就是開(kāi)關(guān)慢不容易米勒震蕩，但開(kāi)關(guān)損耗大，管子發(fā)熱大，開(kāi)關(guān)速度快理論上開(kāi)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?chē)?yán)重，可能在米勒平臺(tái)就燒管子了），反而開(kāi)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(gè)很考驗(yàn)設(shè)計(jì)師的驅(qū)動(dòng)電路布線和主回路布線技藝。最終就是找個(gè)平衡點(diǎn)（普通開(kāi)經(jīng)過(guò)程不超越1us）。
開(kāi)通損耗這個(gè)最簡(jiǎn)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(jiàn)下對(duì)普通用戶(hù)適用點(diǎn)的。 Mos選擇的重要參數(shù)扼要說(shuō)明。以datasheet舉例說(shuō)明。 柵極電荷。Qgs， Qgd Qgs:指的是柵極從0v充電到對(duì)應(yīng)電流米勒平臺(tái)時(shí)總充入電荷（理論電流不同，這個(gè)平臺(tái)高度不同，電流越大，平臺(tái)越高，這個(gè)值越大）。這個(gè)階段是給Cgs充電（也相當(dāng)于Ciss，輸入電容）。 Qgd:指的是整個(gè)米勒平臺(tái)的總充電電荷（在這稱(chēng)為米勒電荷）。這個(gè)過(guò)程給Cgd（Crss，這個(gè)電容隨著gd電壓不同疾速變化）充電。
開(kāi)關(guān)過(guò)沖中，mos主要發(fā)熱區(qū)間是粗紅色標(biāo)注的階段。從Vgs開(kāi)端超越閾值電壓，到米勒平臺(tái)終了是主要發(fā)熱區(qū)間。其中米勒平臺(tái)終了后mos基本完好翻開(kāi)這時(shí)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(méi)有翻開(kāi)，幾乎沒(méi)損耗（只需漏電流惹起的一點(diǎn)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(tái)和剛進(jìn)入米勒平臺(tái)這個(gè)過(guò)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(huì)很快渡過(guò)，這樣發(fā)熱區(qū)間時(shí)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(guò)開(kāi)關(guān)區(qū)。導(dǎo)通內(nèi)阻。Rds（on）。這個(gè)耐壓一定情況下是越低越好。不過(guò)不同廠家標(biāo)的內(nèi)阻是有不同測(cè)試條件的。測(cè)試條件不同，內(nèi)阻丈量值會(huì)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(dòng)不了，能稍改善）。所以大電流測(cè)試內(nèi)阻會(huì)增大（大電流下結(jié)溫會(huì)顯著升高），小電流或脈沖電流測(cè)試，內(nèi)阻降低（由于結(jié)溫沒(méi)有大幅升高，沒(méi)熱積聚）。有的管子標(biāo)稱(chēng)典型內(nèi)阻和你自己用小電流測(cè)試幾乎一樣，而有的管子自己小電流測(cè)試比標(biāo)稱(chēng)典型內(nèi)阻低很多（由于它的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)是大電流）
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