理解功率MOSFET的UIS及雪崩能量

目前測(cè)量使用的電感，不同的公司有不同的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于低壓的MOSFET，大多數(shù)公司開(kāi)始趨向于用0.1mH的電感值。通常發(fā)現(xiàn)：如果電感值越大，盡管雪崩的電流值會(huì)降低，但最終測(cè)量的雪崩能量值會(huì)增加，原因在于電感增加，電流上升的速度變慢，這樣芯片就有更多的時(shí)間散熱，因此最后測(cè)量的雪崩能量值會(huì)增加。這其中存在動(dòng)態(tài)熱阻和熱容的問(wèn)題，以后再論述這個(gè)問(wèn)題。

雪崩的損壞方式
圖3顯示了UIS工作條件下，器件雪崩損壞以及器件沒(méi)有損壞的狀態(tài)。

圖3 UIS損壞波形

事實(shí)上，器件在UIS工作條件下的雪崩損壞有兩種模式：熱損壞和寄生三極管導(dǎo)通損壞。熱損壞就是功率MOSFET在功率脈沖的作用下，由于功耗增加導(dǎo)致結(jié)溫升高，結(jié)溫升高到硅片特性允許的臨界值，失效將發(fā)生。

寄生三極管導(dǎo)通損壞：在MOSFET內(nèi)部，有一個(gè)寄生的三極管（見(jiàn)圖4），通常三級(jí)管的擊穿電壓通常低于MOSFET的電壓。當(dāng)DS的反向電流開(kāi)始流過(guò)P區(qū)后，Rp和Rc產(chǎn)生壓降，Rp和Rc的壓降等于三極管BJT的VBEon。由于局部單元的不一致，那些弱的單元，由于基級(jí)電流IB增加和三級(jí)管的放大作用促使局部的三極管BJT導(dǎo)通，從而導(dǎo)致失控發(fā)生。此時(shí)，柵極的電壓不再能夠關(guān)斷MOSFET。

圖4 寄生三極管導(dǎo)通

在圖4中，Rp為源極下體內(nèi)收縮區(qū)的電阻，Rc為接觸電阻，Rp和Rc隨溫度增加而增加，射極和基極的開(kāi)啟電壓VBE隨溫度的增加而降低。因此，UIS的能力隨度的增加而降低。

圖5 UIS損壞模式（VDD=150V，L=1mH，起始溫度25℃）

　　
在什么的應(yīng)用條件下要考慮雪崩能量
從上面的分析就可以知道，對(duì)于那些在MOSFET的D和S極產(chǎn)生較大電壓的尖峰應(yīng)用，就要考慮器件的雪崩能量，電壓的尖峰所集中的能量主要由電感和電流所決定，因此對(duì)于反激的應(yīng)用，MOSFET關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的電壓尖峰。通常的情況下，功率器件都會(huì)降額，從而留有足夠的電壓余量。但是，一些電源在輸出短路時(shí)，初級(jí)中會(huì)產(chǎn)生較大的電流，加上初級(jí)電感，器件就會(huì)有雪崩損壞的可能，因此在這樣的應(yīng)用條件下，就要考慮器件的雪崩能量。

另外，由于一些電機(jī)的負(fù)載是感性負(fù)載，而啟動(dòng)和堵轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生極大的沖擊電流，因此也要考慮器件的雪崩能量。