MOSFET在開關(guān)電源中常見的失效原因及解決辦法

本文先對mos失效的原因總結(jié)以下六點，然后對1,2重點進行分析：

1：雪崩失效(電壓失效)，也就是我們常說的漏源間的BVdss電壓超過MOSFET的額定電壓，并且超過達到了一定的能力從而導(dǎo)致MOSFET失效。

2：SOA失效(電流失效)，既超出MOSFET安全工作區(qū)引起失效，分為Id超出器件規(guī)格失效以及Id過大，損耗過高器件長時間熱積累而導(dǎo)致的失效。

3：體二極管失效：在橋式、LLC等有用到體二極管進行續(xù)流的拓撲結(jié)構(gòu)中，由于體二極管遭受破壞而導(dǎo)致的失效。

4：諧振失效：在并聯(lián)使用的過程中，柵極及電路寄生參數(shù)導(dǎo)致震蕩引起的失效。

5：靜電失效：在秋冬季節(jié)，由于人體及設(shè)備靜電而導(dǎo)致的器件失效。

6：柵極電壓失效：由于柵極遭受異常電壓尖峰，而導(dǎo)致柵極柵氧層失效。

1.1：雪崩失效分析(電壓失效)

到底什么是雪崩失效呢，簡單來說MOSFET在電源板上由于母線電壓、變壓器反射電壓、漏感尖峰電壓等等系統(tǒng)電壓疊加在MOSFET漏源之間，導(dǎo)致的一種失效模式。簡而言之就是由于就是MOSFET漏源極的電壓超過其規(guī)定電壓值并達到一定的能量限度而導(dǎo)致的一種常見的失效模式。

下面的圖片為雪崩測試的等效原理圖，做為電源工程師可以簡單了解下。

可能我們經(jīng)常要求器件生產(chǎn)廠家對我們電源板上的MOSFET進行失效分析，大多數(shù)廠家都僅僅給一個EAS.EOS之類的結(jié)論，那么到底我們怎么區(qū)分是否是雪崩失效呢，下面是一張經(jīng)過雪崩測試失效的器件圖，我們可以進行對比從而確定是否是雪崩失效。

1.2：雪崩失效的預(yù)防措施

雪崩失效歸根結(jié)底是電壓失效，因此預(yù)防我們著重從電壓來考慮。具體可以參考以下的方式來處理。

1：合理降額使用，目前行業(yè)內(nèi)的降額一般選取80%-95%的降額，具體情況根據(jù)企業(yè)的保修條款及電路關(guān)注點進行選取。

2：合理的變壓器反射電壓。

3：合理的RCD及TVS吸收電路設(shè)計。

4：大電流布線盡量采用粗、短的布局結(jié)構(gòu)，盡量減少布線寄生電感。

5：選擇合理的柵極電阻Rg。

6：在大功率電源中，可以根據(jù)需要適當(dāng)?shù)募尤隦C減震或齊納二極管進行吸收。

2.1：SOA失效(電流失效)

再簡單說下第二點，SOA失效

SOA失效是指電源在運行時異常的大電流和電壓同時疊加在MOSFET上面，造成瞬時局部發(fā)熱而導(dǎo)致的破壞模式?；蛘呤切酒c散熱器及封裝不能及時達到熱平衡導(dǎo)致熱積累，持續(xù)的發(fā)熱使溫度超過氧化層限制而導(dǎo)致的熱擊穿模式。

關(guān)于SOA各個線的參數(shù)限定值可以參考下面圖片。

1：受限于最大額定電流及脈沖電流

2：受限于最大節(jié)溫下的RDSON。

3：受限于器件最大的耗散功率。

4：受限于最大單個脈沖電流。

5：擊穿電壓BVDSS限制區(qū)

我們電源上的MOSFET，只要保證能器件處于上面限制區(qū)的范圍內(nèi)，就能有效的規(guī)避由于MOSFET而導(dǎo)致的電源失效問題的產(chǎn)生。

這個是一個非典型的SOA導(dǎo)致失效的一個解刨圖，由于去過鋁，可能看起來不那么直接，參考下。

2.2：SOA失效的預(yù)防措施

SOA失效的預(yù)防措施：

1：確保在最差條件下，MOSFET的所有功率限制條件均在SOA限制線以內(nèi)。

2：將OCP功能一定要做精確細致。

在進行OCP點設(shè)計時，一般可能會取1.1-1.5倍電流余量的工程師居多，然后就根據(jù)IC的保護電壓比如0.7V開始調(diào)試RSENSE電阻。有些有經(jīng)驗的人會將檢測延遲時間、CISS對OCP實際的影響考慮在內(nèi)。但是此時有個更值得關(guān)注的參數(shù)，那就是MOSFET的Td(off)。它到底有什么影響呢，我們看下面FLYBACK電流波形圖(圖形不是太清楚，十分抱歉，建議雙擊放大觀看)。

從圖中可以看出，電流波形在快到電流尖峰時，有個下跌，這個下跌點后又有一段的上升時間，這段時間其本質(zhì)就是IC在檢測到過流信號執(zhí)行關(guān)斷后，MOSFET本身也開始執(zhí)行關(guān)斷，但是由于器件本身的關(guān)斷延遲，因此電流會有個二次上升平臺，如果二次上升平臺過大，那么在變壓器余量設(shè)計不足時，就極有可能產(chǎn)生磁飽和的一個電流沖擊或者電流超器件規(guī)格的一個失效。

3：合理的熱設(shè)計余量，這個就不多說了，各個企業(yè)都有自己的降額規(guī)范，嚴格執(zhí)行就可以了，不行就加散熱器。