功率MOSFET雪崩能量及雪崩失效分析_mos管雪崩测试资源-CSDN文库

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功率功率MOSFET雪崩能量及雪崩失效分析雪崩能量及雪崩失效分析

首先阐述了传统测试条件下功率MOSFET管的数据表中雪崩能量值的缺陷，然后讨论了针对实际应用对应着不

同的测试电感值时，功率MOSFET雪崩能量的变化及特性，给出了相应的测试波形。同时，通过不同条件下功

率MOSFET管雪崩失效的显微图片，详细地分析了相应的雪崩特性和产生的原因。在小电感条件下，大电流快

速关断是功率MOSFET管雪崩最为恶劣的情况。

0 引言引言

功率MOSFET管在一些极端的边界条件下的实际应用中，如系统的输出短路及过载测试，输入过电压测试以及动态的老化

测试中，有时会发生

数据表中雪崩电流和雪崩能量的额定值对应着一定的测试条件，特别是不同的公司有时候使用不同的测量电感值，导致工

程师无法在相同的条件下进行比较；即便是使用相同的测量电感值，系统的工作条件和数据表中给定的测试并不相同。功率

MOSFET管数据表中，所使用的电感比实际应用的电感值要大很多，如对于低压功率MOSFET，额定电压低于30 V，行业内

采用的测试雪崩能量的电感值为0.1 mH。过去，只有在低工作频率和大电流的电机驱动中，才会发生非箝位感性负载开关的

雪崩现象，而在这种使用中，电机的电感比较大，行业内就采用大电感来评估功率MOSFET管的雪崩能力。因此，数据表中

雪崩能量只具有参考的价值，本文将详细地讨论这些问题，从而更加明确地理解功率MOSFET的雪崩能量。

1 数据表中雪崩能量值数据表中雪崩能量值

雪崩电流在功率MOSFET的数据表中标示为I

，雪崩能量代表功率MOSFET管抗过电压冲击的能力。在测试雪崩能量过程

中，选取一定的电感值，然后将电流增大，也就是功率MOSFET开通的时间增加，电流也就越大，然后关断，重复这个开通

和关断的过程，直到功率MOSFET损坏，对应的最大电流值就是最大的雪崩电流。注意到在测量雪崩能量时，功率MOSFET

工作在非箝位感性负载开关UIS状态下，具体的测试电路及其工作原理可以参考文献[1-7]。

在数据表中，标称的I

通常要将前面的测试值做70%或80%降额处理，因此它是一个可以保证的参数。功率MOSFET供应

商会对这个参数在生产线上做100%全部检测，因为在实际的测试中，雪崩的电流有降额，因此不会损坏功率MOSFET管。

采用的电感值不同，雪崩的电流值也不同，因此雪崩能量也不同。对于不同的工艺和平台，经常出现这样的现象：在大电

感的时候，其中一个功率MOSFET管的雪崩能量比另一个大，但是，在小电感的时候，前者的雪崩能量反而小于后者。不同

的电子系统中，负载的电感值并不相同，因此，对于一个功率MOSFET管，需要研究在不同的电感条件下雪崩的能力。

2 使用不同电感测量雪崩能量使用不同电感测量雪崩能量

本文研究的功率MOSFET管为AON6232A，额定电压40 V，导通电阻2.9 mΩ，封装DNF5*6。使用的电感值分别为：500

nH、10 μH、100 μH。在许多开关电源系统中，最恶劣的条件是电感或变压器发生饱和，这样储能的电感主要为线路的寄生

电感，功率回路寄生电感通常为200～500 nH，本文使用500 nH的电感值。将损坏的功率MOSFET去除外面的塑料外壳，就

可以得到露出的硅片正面失效损坏的形态。测量的结果、波形及失效损坏的图片分别如图1和图2所示。

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2022-12-21

第3小节的分析存在谬误，“随着电感值的降低，雪崩电流及雪崩能量也随着降低”，图上显示的是能量降低，电流增大。第3小节第6段，“电感小时，雪崩的电流小，硅片的温度相对上升得慢，内部更容易平衡”，应该是电感大时。第4小节结论第2条，“小电感雪崩时，更大的电流和更快的电流上升率，由此产生更快的温度上升率，能量不能及时耗散出去，是导致小电感雪崩能量急剧降低的原因”，能量低的原因是因为感性元件存储的能量相对少，而能量不能及时耗散出去，导致的是小范围的急剧烧毁。