确定功率确定功率MOSFET的适用性的适用性
引言 功率金属氧化半导体场效应晶体管 (Power MOSFET) 是当今电源中广泛使用的开关器件。功率 MOSFET
的工作频率不断提高，以减小器件尺寸和提高功率密度。这样就会增加电流变化率 (di/dt)，增强了寄生电感的负
面作用，导致功率 MOSFET 源极和漏极之间产生很高的电压尖峰。这种尖峰电压在器件上电时更为严重，因为
在上电瞬间变压器的初级电感几乎达到漏感的水平，同时器件的体电容还未完成充电且电感较小。幸好功率
MOSFET 具有一定的抗过压能力，因此无需外加成本高昂的保护电路。本文将解释确定开关电源应用中功率
MOSFET 适用性的有效方法，同时为设计人员提供了如何使成本和可靠性
引言
功率金属氧化半导体场效应晶体管 (Power MOSFET) 是当今电源中广泛使用的开关器件。功率 MOSFET 的工作频率不断提
高，以减小器件尺寸和提高功率密度。这样就会增加电流变化率 (di/dt)，增强了寄生电感的负面作用，导致功率 MOSFET 源
极和漏极之间产生很高的电压尖峰。这种尖峰电压在器件上电时更为严重，因为在上电瞬间变压器的初级电感几乎达到漏感的
水平，同时器件的体电容还未完成充电且电感较小。幸好功率 MOSFET 具有一定的抗过压能力，因此无需外加成本高昂的保
护电路。本文将解释确定开关电源应用中功率 MOSFET 适用性的有效方法，同时为设计人员提供了如何使成本和可靠性达到
最佳的平衡方案。
器件何时进入击穿状态
首先，必须弄清楚“雪崩击穿”的含义。在实际应用中，器件过压分为两种情况。一种是功率 MOSFET 的源漏之间的电压超过
规定的最大绝对额定值，但还未达到器件的击穿电压。这种情况实际上不属于雪崩击穿的范畴，器件的适用性可通过分析结区
温度来确定。另一种情况是器件已击穿并进入雪崩模式。当器件发生击穿时，其源漏之间的电压幅值将被钳位到有效击穿电压
的水平，而电流会通过寄生反并联二极管整流。图1所示为开关电源中典型的雪崩波形。源漏电压超过 1kV，并能看到经整流
的电流。 在大多数飞兆半导体的功率MOSFET数据图表中，都包含如图2所示的图形。当器件发生击穿时，便可利用这个图通
过简单的参数来确定或评估器件对应用的适用性，这些参数包括：在雪崩期间通过功率MOSFET的峰值电流 (IAS)；在 UIS
(自钳制电感性开关)脉冲开端的结区温度(Tj)；以及在雪崩时功率MOSFET保持的时间(tAV)。将 IAS 和 tAV 曲线绘制在图表
上，便可确定器件的 UIS 适应能力。
图 2 所示的 UIS SOA (开关安全工作区) 图有三个区域：
1）25 C 温度线的右上部分；
2）最大结区温度线的左下部分；
3）这两条温度线之间的区域。
区域 1 和区域 2 器件的适应性很容易确定：器件工作于 UIS 额定电压内 (区域 2)，或超出了额定电压 (区域 1)。但当器件落在
区域 3 时，就需要知道 UIS脉冲在功率 MOSFET 开端时的结区温度才能确定其适用性。结区温度分析方法将于后面作详细讨
论。
这个图还可进行叠加处理以分析重复脉冲。每个 UIS 脉冲都会按单脉冲方式进行单独分析。通常，功率脉冲串中的最后一个
脉冲会在结区温度最高点时出现，因此代表了最严重的应力。假如功率 MOSFET 处于最后一个脉冲所规定的 UIS额定电压
内，那一定会在之前结区温度较低时所出现脉冲的 UIS 额定电压范围内。
估算结区温度
一般来说，即使源极/漏极电压超过绝对的最大额定值，功率 MOSFET 也很少发生击穿。功率 MOSFET 的击穿电压 (BVDSS)
具备正向的温度系数，如图 3 所示。在本示例中，BVDSS 在 120℃时达到 990V。因此，温度越高，击穿器件所需的电压越
资源评论
