理解功率MOSFET的RDS(ON)溫度系數(shù)特性

功率MOSFET開(kāi)關(guān)瞬態(tài)過(guò)程中晶胞的熱不平衡
從圖2可以看出：在開(kāi)通的過(guò)程中，漏極的電流ID在逐漸增大，離柵極管腳距離近的晶胞單元的電壓大于離柵極管腳距離遠(yuǎn)的晶胞單元的電壓，即VG1>VG2>VG3>…，VGS電壓高的單元，也就是離柵極管腳距離近的晶胞單元，流過(guò)的電流大，而離柵極管腳距離較遠(yuǎn)的晶胞單元，流過(guò)的電流小，距離最遠(yuǎn)地方的晶胞甚至可能還沒(méi)有導(dǎo)通，因而沒(méi)有電流流過(guò)。電流大的晶胞單元，它們的溫度升高。

圖2 功率MOSFET的內(nèi)部等效模型

由于在開(kāi)通的過(guò)程中VGS的電壓逐漸增大到驅(qū)動(dòng)電壓，VGS的電壓穿越RDS(ON)的負(fù)溫度系數(shù)區(qū)域，此時(shí)，那些溫度越高的晶胞單元，由于正反饋的作用，所流過(guò)的電流進(jìn)一步加大，晶胞單元溫度又進(jìn)一步上升。如果VGS在RDS(ON)的負(fù)溫度系數(shù)區(qū)域工作或停留的時(shí)間越大，那么這些晶胞單元就越有過(guò)熱擊穿的可能，造成局部的損壞。

如果VGS從RDS(ON)的負(fù)溫度系數(shù)區(qū)域到達(dá)RDS(ON)的正溫度系數(shù)區(qū)域時(shí)沒(méi)有形成局部的損壞，此時(shí)，在RDS(ON)的正溫度系數(shù)區(qū)域，晶胞單元的溫度越高，所流過(guò)的電流減小，晶胞單元溫度和電流形成負(fù)反饋，晶胞單元自動(dòng)均流，達(dá)到平衡。

相應(yīng)的，在MOSFET關(guān)斷過(guò)程中，離柵極管腳距離遠(yuǎn)的晶胞單元的電壓降低得慢，容易在RDS(ON)的負(fù)溫度系數(shù)區(qū)域形成局部的過(guò)熱而損壞。

因此，加快MOSFET的開(kāi)通和關(guān)斷速度，使MOSFET快速通過(guò)RDS(ON)的負(fù)溫度系數(shù)區(qū)域，就可以減小局部能量的聚集，防止晶胞單元局部的過(guò)熱而損壞。

基于上面的分析，可以得到：當(dāng)MOSFET局部損壞時(shí)，若損壞的熱點(diǎn)位于離柵極管腳距離近的區(qū)域，則可能是開(kāi)通速度太慢產(chǎn)生的局部的損壞；若損壞的熱點(diǎn)位于離柵極管腳距離遠(yuǎn)的區(qū)域，則可能是關(guān)斷速度太慢產(chǎn)生的局部損壞。

在柵極和源極加一個(gè)大的電容，在開(kāi)機(jī)的過(guò)程中，就會(huì)經(jīng)常發(fā)生MOSFET損壞的情況，正是由于額外的大的輸入電容造成晶胞單元VGS電壓更大的不平衡，從而更容易導(dǎo)致局部的損壞。

結(jié)論
1．MOSFET在開(kāi)通的過(guò)程中，RDS(ON)從負(fù)溫度系數(shù)區(qū)域向正溫度系數(shù)區(qū)域轉(zhuǎn)化；在其關(guān)斷的過(guò)程中，RDS(ON)從正溫度系數(shù)區(qū)域向負(fù)溫度系數(shù)區(qū)域過(guò)渡。

2．MOSFET串聯(lián)等效的柵極和源極電阻的分壓作用和柵極電容的影響，造成晶胞單元的VGS的電壓不一致，從而導(dǎo)致各個(gè)晶胞單元電流不一致，在開(kāi)通和關(guān)斷的過(guò)程中形成局部過(guò)熱損壞。

3．快速開(kāi)通和關(guān)斷MOSFET，可以減小局部能量的聚集，防止晶胞單元局部的過(guò)熱而損壞。開(kāi)通速度太慢，距離柵極管腳較近的區(qū)域局部容易產(chǎn)生局部過(guò)熱損壞，關(guān)斷速度太慢，距離柵極管腳較遠(yuǎn)的區(qū)域容易產(chǎn)生局部過(guò)熱損壞。