MOS管(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)的失效主要可以分为六大类原因。首先需要了解的是,MOS管由于其source和drain可以对调的特性,在很多应用中表现出良好的对称性。在市场应用方面,消费类电子电源适配器产品是MOS管的第一大应用领域,其次是计算机主板和显示器等领域。汽车电子、网络通信、工业控制和电力设备领域对MOS管的需求也十分巨大。
1. 雪崩失效:这主要是指漏源间的BVdss电压超过MOSFET的额定电压,当超过某个能量限度时,MOSFET就可能发生失效。雪崩失效可以由多种系统电压叠加引起,比如电源板上的母线电压、变压器反射电压和漏感尖峰电压等。在处理雪崩失效时,可以通过合理降低使用额度、优化变压器设计和设计适当的RCD或TVS吸收电路等措施来预防。
2. SOA失效:这是由于MOSFET超出其安全工作区(SOA)引起的失效。这可能是由于异常的大电流和电压叠加在MOSFET上,造成局部发热和热积累,最终导致氧化层的热击穿。为了预防SOA失效,应该保证MOSFET在所有功率限制条件下均在SOA限制线内,并且精确细致地设计OCP(过电流保护)功能。
3. 体二极管失效:体二极管在一些电路拓扑结构中用于续流,当体二极管受损时会导致MOS管失效。对于这类失效,应仔细检查电路设计,避免体二极管因电路条件不当而被损坏。
4. 谐振失效:在并联使用MOS管的过程中,由于栅极和电路寄生参数引起的震荡可导致失效。在设计电路时,需要考虑并采取措施减少寄生电感和电容,以避免可能引起的谐振失效。
5. 静电失效:秋冬季节,由于人体和设备静电的存在,可能导致MOS管失效。因此,在处理静电敏感的MOS管时,应当采取适当的静电防护措施。
6. 栅极电压失效:若栅极受到异常电压尖峰的冲击,可能造成栅极栅氧层的失效。为了避免这类失效,需要在设计中考虑给栅极施加合适的电压,并且采取一定的保护措施。
对于以上失效原因的分析与预防,电源工程师在设计和生产过程中应当充分考虑MOS管的应用环境及工作条件,通过合理的设计选择和相应的保护措施来提高MOS管的可靠性和电路的整体性能。特别是对于雪崩和SOA失效的预防,不仅要关注电压和电流的参数限制,还需要特别考虑电路布局、元件选择和保护电路设计等多方面因素,以实现对MOS管及其应用电路的有效保护。