MOS管損壞是什么原因 開關(guān)耗損詳細原因
信息來源：本站 日期：2017-07-06
mos在控制器電路中的工作狀態(tài)：開經(jīng)過程（由截止到導(dǎo)通的過渡過程）、導(dǎo)通狀態(tài)、關(guān)斷過程（由導(dǎo)通到截止的過渡過程）、截止?fàn)顟B(tài)。Mos主要損耗也對應(yīng)這幾個狀態(tài)，開關(guān)損耗（開經(jīng)過程和關(guān)斷過程），導(dǎo)通損耗，截止損耗（漏電流惹起的，這個忽略不計），還有雪崩能量損耗。只需把這些損耗控制在mos承受規(guī)格之內(nèi)，mos即會正常工作，超出承受范圍，即發(fā)作損壞。
而開關(guān)損耗常常大于導(dǎo)通狀態(tài)損耗（不同mos這個差距可能很大)。
Mos損壞主要緣由： 過流----------持續(xù)大電流或瞬間超大電流惹起的結(jié)溫過高而燒毀；
過壓----------源漏過壓擊穿、源柵極過壓擊穿；靜電----------靜電擊穿。CMOS電路都怕靜電； Mos開關(guān)原理（扼要）。Mos是電壓驅(qū)動型器件，只需柵極和源級間給一個恰當(dāng)電壓，源級和漏級間通路就構(gòu)成。這個電流通路的電阻被成為mos內(nèi)阻，就是導(dǎo)通電阻
Mos問題遠沒這么簡單，省事在它的柵極和源級間，源級和漏級間，柵極和漏級間MOS管三個極內(nèi)部都有等效電容。所以給柵極電壓的過程就是給電容充電的過程（電容電壓不能突變），所以mos源級和漏級間由截止到導(dǎo)通的開經(jīng)過程受柵極電容的充電過程限制。
但是，這三個等效電容是構(gòu)成串并聯(lián)組合關(guān)系，它們相互影響，并不是獨立的，假設(shè)獨立的就很簡單了。其中一個關(guān)鍵電容就是柵極和漏級間的電容Cgd，這個電容業(yè)界稱為米勒電容。這個電容不是恒定的，隨柵極和漏級間電壓變化而疾速變化。這個米勒電容是柵極和源級電容充電的絆腳石，由于柵極給柵-源電容Cgs充電抵達一個平臺后，柵極的充電電流必需給米勒電容Cgd充電，這時柵極和源級間電壓不再升高，抵達一個平臺，這個是米勒平臺（米勒平臺就是給Cgd充電的過程），米勒平臺大家首先想到的省事就是米勒振蕩。（即，柵極先給Cgs充電，抵達一定平臺后再給Cgd充電）由于這個時分源級和漏級間電壓疾速變化，內(nèi)部電容相應(yīng)疾速充放電，這些電流脈沖會招致mos寄生電感產(chǎn)生很大感抗，這里面就有電容，電感，電阻組成震蕩電路（能構(gòu)成2個回路），并且電流脈沖越強頻率越高震蕩幅度越大。所以最關(guān)鍵的問題就是這個米勒平臺如何過渡。
Gs極加電容，減慢mos管導(dǎo)通時間，有助于減小米勒振蕩。防止mos管燒毀。過快的充電會招致猛烈的米勒震蕩，但過慢的充電雖減小了震蕩，但會延長開關(guān)從而增加開關(guān)損耗。Mos開經(jīng)過程源級和漏級間等效電阻相當(dāng)于從無量大電阻到阻值很小的導(dǎo)通內(nèi)阻（導(dǎo)通內(nèi)阻普通低壓mos只需幾毫歐姆）的一個轉(zhuǎn)變過程。比如一個mos最大電流100a，電池電壓96v，在開經(jīng)過程中，有那么一瞬間（剛進入米勒平臺時）mos發(fā)熱功率是P=V*I(此時電流已達最大，負載尚未跑起來，一切的功率都降落在MOS管上)，P=96*100=9600w！這時它發(fā)熱功率最大，然后發(fā)熱功率疾速降低直到完好導(dǎo)通時功率變成100*100*0.003=30w（這里假定這個mos導(dǎo)通內(nèi)阻3毫歐姆）。開關(guān)過程中這個發(fā)熱功率變化是驚人的。
假設(shè)開通時間慢，意味著發(fā)熱從9600w到30w過渡的慢，mos結(jié)溫會升高的兇猛。所以開關(guān)越慢，結(jié)溫越高，容易燒mos。為了不燒mos，只能降低mos限流或者降低電池電壓，比如給它限制50a或電壓降低一半成48v，這樣開關(guān)發(fā)熱損耗也降低了一半。不燒管子了。這也是高壓控容易燒管子緣由，高壓控制器和低壓的只需開關(guān)損耗不一樣（開關(guān)損耗和電池端電壓基本成正比，假定限流一樣），導(dǎo)通損耗完好受mos內(nèi)阻決議，和電池電壓沒任何關(guān)系。其實整個mos開經(jīng)過程非常復(fù)雜。里面變量太多。總之就是開關(guān)慢不容易米勒震蕩，但開關(guān)損耗大，管子發(fā)熱大，開關(guān)速度快理論上開關(guān)損耗低（只需能有效抑止米勒震蕩），但是常常米勒震蕩很兇猛（假設(shè)米勒震蕩很嚴重，可能在米勒平臺就燒管子了），反而開關(guān)損耗也大，并且上臂mos震蕩更有可能惹起下臂mos誤導(dǎo)通，構(gòu)成上下臂短路。所以這個很考驗設(shè)計師的驅(qū)動電路布線和主回路布線技藝。最終就是找個平衡點（普通開經(jīng)過程不超越1us）。
開通損耗這個最簡單，只和導(dǎo)通電阻成正比，想大電流低損耗找內(nèi)阻低的。下面引見下對普通用戶適用點的。 Mos選擇的重要參數(shù)扼要說明。以datasheet舉例說明。 柵極電荷。Qgs， Qgd Qgs:指的是柵極從0v充電到對應(yīng)電流米勒平臺時總充入電荷（理論電流不同，這個平臺高度不同，電流越大，平臺越高，這個值越大）。這個階段是給Cgs充電（也相當(dāng)于Ciss，輸入電容）。 Qgd:指的是整個米勒平臺的總充電電荷（在這稱為米勒電荷）。這個過程給Cgd（Crss，這個電容隨著gd電壓不同疾速變化）充電。
開關(guān)過沖中，mos主要發(fā)熱區(qū)間是粗紅色標注的階段。從Vgs開端超越閾值電壓，到米勒平臺終了是主要發(fā)熱區(qū)間。其中米勒平臺終了后mos基本完好翻開這時損耗是基本導(dǎo)通損耗（mos內(nèi)阻越低損耗越低）。閾值電壓前，mos沒有翻開，幾乎沒損耗（只需漏電流惹起的一點損耗）。其中又以紅色拐彎中央損耗最大（Qgs充電將近終了，快到米勒平臺和剛進入米勒平臺這個過程發(fā)熱功率最大（更粗線表示）。 所以一定充電電流下，紅色標注區(qū)間總電荷小的管子會很快渡過，這樣發(fā)熱區(qū)間時間就短，總發(fā)熱量就低。所以理論上選擇Qgs和Qgd小的mos管能快速渡過開關(guān)區(qū)。導(dǎo)通內(nèi)阻。Rds（on）。這個耐壓一定情況下是越低越好。不過不同廠家標的內(nèi)阻是有不同測試條件的。測試條件不同，內(nèi)阻丈量值會不一樣。
同一管子，溫度越高內(nèi)阻越大（這是硅半導(dǎo)體材料在mos制造工藝的特性，改動不了，能稍改善）。所以大電流測試內(nèi)阻會增大（大電流下結(jié)溫會顯著升高），小電流或脈沖電流測試，內(nèi)阻降低（由于結(jié)溫沒有大幅升高，沒熱積聚）。有的管子標稱典型內(nèi)阻和你自己用小電流測試幾乎一樣，而有的管子自己小電流測試比標稱典型內(nèi)阻低很多（由于它的測試標準是大電流）
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