nmos导通流向_技术参数详解,MOS管知识全录!

nmos导通流向_技术参数详解,MOS管知识全录!
MOS管,即⾦属(Metal)—氧化物(Oxide)—半导体(Semiconductor)场效应晶体管,是⼀种应⽤场效应原理⼯作的半导体器件;和普通双极型晶体管相⽐,MOS管具有输⼊阻抗⾼、噪声低、动态范围⼤、功耗⼩、易于集成等优势,在开关电源、镇流器、⾼频感应加热、⾼频逆变焊机、通信电源等⾼频电源领域得到了越来越普遍的应⽤。
MOS管的种类及结构
MOS管是FET的⼀种(另⼀种为JFET结型场效应管),主要有两种结构形式:N沟道型和P沟道型;⼜根据场效应原理的不同,分为耗尽型(当栅压为零时有较⼤漏极电流)和增强型(当栅压为零,漏极电流也为零,必须再加⼀定的栅压之后才有漏极电流)两种。因此,MOS管可以被制构成P沟道增强型、P沟道耗尽型、N沟道增强型、N沟道耗尽型4种类型产品。图表1 MOS管的4种类型
每⼀个MOS管都提供有三个电极:Gate栅极(表⽰为“G”)、Source源极(表⽰为“S”)、Drain漏极(表⽰为“D”)。接线时,对于N沟道的电源输⼊为D,输出为S;P沟道的电源输⼊为S,输出为D;且增强型、耗尽型的接法基本⼀样。图表2 MOS管内部结构图
高压mos管
从结构图可发现,N沟道型场效应管的源极和漏极接在N型半导体上,⽽P沟道型场效应管的源极和漏极
则接在P型半导体上。场效应管输出电流由输⼊的电压(或称场电压)控制,其输⼊的电流极⼩或没有电流输⼊,使得该器件有很⾼的输⼊阻抗,这也是MOS管被称为场效应管的重要原因。
MOS管⼯作原理
1、N沟道增强型场效应管原理
N沟道增强型MOS管在P型半导体上⽣成⼀层SiO2薄膜绝缘层,然后⽤光刻⼯艺扩散两个⾼掺杂的N型区,从N型区引出电极(漏极D、源极S);在源极和漏极之间的SiO2绝缘层上镀⼀层⾦属铝作为栅极G;P型半导体称为衬底,⽤符号B表⽰。由于栅极与其它电极之间是相互绝缘的,所以NMOS⼜被称为绝缘栅型场效应管。
当栅极G和源极S之间不加任何电压,即VGS=0时,由于漏极和源极两个N+型区之间隔有P型衬底,相当于两个背靠背连接的PN结,它们之间的电阻⾼达1012Ω,即D、S之间不具备导电的沟道,所以⽆论在漏、源极之间加何种极性的电压,都不会产⽣漏极电流ID。图表3 N
沟道增强型MOS管结构⽰意图
当将衬底B与源极S短接,在栅极G和源极S之间加正电压,即VGS>0时,如图表3(a)所⽰,则在栅极与衬底之间产⽣⼀个由栅极指向衬底的电场。在这个电场的作⽤下,P衬底表⾯附近的空⽳受到排斥将
向下⽅运动,电⼦受电场的吸引向衬底表⾯运动,与衬底表⾯的空⽳复合,形成了⼀层耗尽层。
如果进⼀步提⾼VGS电压,使VGS达到某⼀电压VT时,P衬底表⾯层中空⽳全部被排斥和耗尽,⽽⾃由电⼦⼤量地被吸引到表⾯层,由量变到质变,使表⾯层变成了⾃由电⼦为多⼦的N型层,称为“反型层”,如图表3(b)所⽰。
反型层将漏极D和源极S两个N+型区相连通,构成了漏、源极之间的N型导电沟道。把开始形成导电沟道所需的VGS值称为阈值电压或开启电压,⽤VGS(th)表⽰。显然,只有VGS>VGS(th)时才有沟道,⽽且VGS越⼤,沟道越厚,沟道的导通电阻越⼩,导电能⼒越强;“增强
型”⼀词也由此得来。图表4 耗尽层与反型层产⽣的结构⽰意图
在VGS>VGS(th)的条件下,如果在漏极D和源极S之间加上正电压VDS,导电沟道就会有电流流通。漏极电流由漏区流向源区,因为沟道有⼀定的电阻,所以沿着沟道产⽣电压降,使沟道各点的电位沿沟道由漏区到源区逐渐减⼩,靠近漏区⼀端的电压VGD最⼩,其值为
VGD=VGS-VDS,相应的沟道最薄;靠近源区⼀端的电压最⼤,等于VGS,相应的沟道最厚。
这样就使得沟道厚度不再是均匀的,整个沟道呈倾斜状。随着VDS的增⼤,靠近漏区⼀端的沟道越来越薄。
当VDS增⼤到某⼀临界值,使VGD≤VGS(th)时,漏端的沟道消失,只剩下耗尽层,把这种情况称为沟道“预夹断”,如图表4(a)所⽰。继续增⼤VDS[即VDS>VGS-VGS(th)],夹断点向源极⽅向移动,如图表4(b)所⽰。
尽管夹断点在移动,但沟道区(源极S到夹断点)的电压降保持不变,仍等于VGS-VGS(th)。因此,VDS多余部分电压[VDS-(VGS-VGS(th))]全部降到夹断区上,在夹断区内形成较强的电场。这时电⼦沿沟道从源极流向夹断区,当电⼦到达夹断区边缘时,受夹断区强电
场的作⽤,会很快的漂移到漏极。图表5 预夹断及夹断区形成⽰意图
2、P沟道增强型场效应管原理
P沟道增强型MOS管因在N型衬底中⽣成P型反型层⽽得名,其通过光刻、扩散的⽅法或其他⼿段,在N型衬底(基⽚)上制作出两个掺杂的P 区,分别引出电极(源极S和漏极D),同时在漏极与源极之间的SiO2绝缘层上制作⾦属栅极G。其结构和⼯作原理与N沟道MOS管类似;只是使⽤的栅-源和漏-源电压极性与N沟道MOS管相反。
在正常⼯作时,P沟道增强型MOS管的衬底必须与源极相连,⽽漏极对源极的电压VDS应为负值,以保证两个P区与衬底之间的PN结均为反偏,同时为了在衬底顶表⾯附近形成导电沟道,栅极对源极的电压也应为负。图表6 P沟道增强型MOS管的结构⽰意图
当VDS=0时。在栅源之间加负电压⽐,由于绝缘层的存在,故没有电流,但是⾦属栅极被补充电⽽聚集负电荷,N型半导体中的多⼦电⼦被负电荷排斥向体内运动,表⾯留下带正电的离⼦,形成耗尽层。
随着G、S间负电压的增加,耗尽层加宽,当VDS增⼤到⼀定值时,衬底中的空⽳(少⼦)被栅极中的负电荷吸引到表⾯,在耗尽层和绝缘层之间形成⼀个P型薄层,称反型层,如图表6(2)所⽰。
这个反型层就构成漏源之间的导电沟道,这时的VGS称为开启电压VGS(th),达到VGS(th)后再增加,衬底表⾯感应的空⽳越多,反型层加宽,⽽耗尽层的宽度却不再变化,这样我们可以⽤VGS的⼤⼩控制导电沟道的宽度。图表7 P沟道增强型MOS管耗尽层及反型层形成⽰意
当VDS≠0时。导电沟道形成以后,D、S间加负向电压时,那么在源极与漏极之间将有漏极电流ID流通,⽽且ID随VDS⽽增,ID沿沟道产⽣的压降使沟道上各点与栅极间的电压不再相等,该电压削弱了栅极中负电荷电场的作⽤,使沟道从漏极到源极逐渐变窄,如图表7(1)所⽰。
当VDS增⼤到使VGD=VGS(即VDS=VGS-VGS(TH)),沟道在漏极附近出现预夹断,如图表7(2)所⽰。再继续增⼤VDS,夹断区只是稍有加长,⽽沟道电流基本上保持预夹断时的数值,其原因是当出现预
夹断时再继续增⼤VDS,VDS的多余部分就全部加在漏极附近的夹断区上,故形成的漏极电流ID近似与VDS⽆关。图表8 P沟道增强型MOS管预夹断及夹断区形成⽰意图
3、N沟道耗尽型场效应管原理
N沟道耗尽型MOS管的结构与增强型MOS管结构类似,只有⼀点不同,就是N沟道耗尽型MOS管在栅极电压VGS=0时,沟道已经存在。这是因为N沟道是在制造过程中采⽤离⼦注⼊法预先在D、S之间衬底的表⾯、栅极下⽅的SiO2绝缘层中掺⼊了⼤量的⾦属正离⼦,该沟道亦称为初始沟道。
当VGS=0时,这些正离⼦已经感应出反型层,形成了沟道,所以只要有漏源电压,就有漏极电流存在;当VGS>0时,将使ID进⼀步增加;VGS<0时,随着VGS的减⼩,漏极电流逐渐减⼩,直⾄ID=0。对应ID=0的VGS称为夹断电压或阈值电压,⽤符号VGS(off)或Up 表⽰。
由于耗尽型MOSFET在VGS=0时,漏源之间的沟道已经存在,所以只要加上VDS,就有ID流通。如果增加正向栅压VGS,栅极与衬底之间的电场将使沟道中感应更多的电⼦,沟道变厚,沟道的电导增⼤。
如果在栅极加负电压(即VGS<0),就会在相对应的衬底表⾯感应出正电荷,这些正电荷抵消N沟道中的电⼦,从⽽在衬底表⾯产⽣⼀个耗尽层,使沟道变窄,沟道电导减⼩。当负栅压增⼤到某⼀电压VG
S(off)时,耗尽区扩展到整个沟道,沟道完全被夹断(耗尽),这时即使VDS仍存在,也不会产⽣漏极电流,即ID=0。图表9 N沟道耗尽型MOS管结构(左)及转移特性(右)⽰意图
4、P沟道耗尽型场效应管原理
P沟道耗尽型MOS管的⼯作原理与N沟道耗尽型MOS管完全相同,只不过导电的载流⼦不同,供电电压极性也不同。
5、耗尽型与增强型MOS管的区别
耗尽型与增强型的主要区别在于耗尽型MOS管在G端(Gate)不加电压时有导电沟道存在,⽽增强型MOS管只有在开启后,才会出现导电沟道;两者的控制⽅式也不⼀样,耗尽型MOS管的VGS(栅极电压)可以⽤正、零、负电压控制导通,⽽增强型MOS管必须使得
VGS>VGS(th)(栅极阈值电压)才⾏。
由于耗尽型N沟道MOS管在SiO2绝缘层中掺有⼤量的Na+或K+正离⼦(制造P沟道耗尽型MOS管时掺⼊负离⼦),当VGS=0时,这些正离⼦产⽣的电场能在P型衬底中感应出⾜够的电⼦,形成N型导电沟道;当VGS>0时,将产⽣较⼤的ID(漏极电流);如果使VGS<0,则它将削弱正离⼦所形成的电场,使N沟道变窄,从⽽使ID减⼩。
这些特性使得耗尽型MOS管在实际应⽤中,当设备开机时可能会误触发MOS管,导致整机失效;不易被控制,使得其应⽤极少。
因此,⽇常我们看到的NMOS、PMOS多为增强型MOS管;其中,PMOS可以很⽅便地⽤作⾼端驱动。不过PMOS由于存在导通电阻⼤、价格贵、替换种类少等问题,在⾼端驱动中,通常还是使⽤NMOS替代,这也是市⾯上⽆论是应⽤还是产品种类,增强型NMOS管最为常见的重要原因,尤其在开关电源和马达驱动的应⽤中,⼀般都⽤NMOS管。
MOS管重要特性
1、导通特性
导通的意义是作为开关,相当于开关闭合。NMOS的特性,VGS⼤于⼀定的值就会导通,适⽤于源极接地时的情况(低端驱动),只需栅极电压达到4V或10V就可以了。PMOS的特性是,VGS⼩于⼀定的值就会导通,适⽤于源极接VCC时的情况(⾼端驱动)。
2、损失特性
不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻存在,电流就会被电阻消耗能量,这部分消耗的能量叫做导通损耗。⼩功率MOS管导通电阻⼀般在⼏毫欧⾄⼏⼗毫欧左右,选择导通电阻⼩的MOS管会减
⼩导通损耗。
MOS管在进⾏导通和截⽌时,两端的电压有⼀个降落过程,流过的电流有⼀个上升的过程,在这段时间内,MOS管的损失是电压和电流的乘积,这称之为开关损失。通常开关损失⽐导通损失⼤得多,⽽且开关频率越快,损失也越⼤。
导通瞬间电压和电流的乘积越⼤,构成的损失也就越⼤。缩短开关时间,可以减⼩每次导通时的损失;降低开关频率,可以减⼩单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减⼩开关损失。
3、寄⽣电容驱动特性
跟双极性晶体管相⽐,MOS管需要GS电压⾼于⼀定的值才能导通,⽽且还要求较快的导通速度。在MOS管的结构中可以看到,在GS、GD 之间存在寄⽣电容,⽽MOS管的驱动,理论上就是对电容的充放电。
对电容的充电需要⼀个电流,由于对电容充电瞬间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会⽐较⼤。选择/设计MOS管驱动时第⼀个要留意的是可提供瞬间短路电流的⼤⼩;第⼆个要留意的是,普遍⽤于⾼端驱动的NMOS,导通时需要栅极电压⼤于源极电压。
⽽⾼端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同,所以这时栅极导通电压要⽐VCC⾼4V或
10V,⽽且电压越⾼,导通速度越
快,导通电阻也越⼩。图表10 4种MOS管特性⽐较⽰意图
4、寄⽣⼆极管
漏极和源极之间有⼀个寄⽣⼆极管,即“体⼆极管”,在驱动感性负载(如马达、继电器)应⽤中,主要⽤于保护回路。不过体⼆极管只在单个MOS管中存在,在集成电路芯⽚内部通常是没有的。图表11 寄⽣⼆极管位置⽰意图
5、不同耐压MOS管特点
不同耐压的MOS管,其导通电阻中各部分电阻⽐例分布不同。如耐压30V的MOS管,其外延层电阻仅为总导通电阻的29%,耐压600V的MOS管的外延层电阻则是总导通电阻的96.5%。
不同耐压MOS管的区别主要在于,耐⾼压的MOS管其反应速度⽐耐低压的MOS管要慢,因此,它们的特性在实际应⽤中也表现出了不⼀样之处,如耐中低压MOS管只需要极低的栅极电荷就可以满⾜强⼤电流和⼤功率处理能⼒,除开关速度快之外,还具有开关损耗低的特点,特别适应PWM输出模式应⽤;⽽耐⾼压MOS管具有输⼊阻抗⾼的特性,在电⼦镇流器、电⼦变压器、开关电源⽅⾯应⽤较多。图表
12 不同耐压MOS管特点⼀览表
MOS管与三极管、IBGT的差别
1、MOS管与三极管的差别
三极管全称为半导体三极管,它的主要作⽤就是将微⼩的信号中⽌放⼤。MOS管与三极管有着许多相近的地⽅,也有许多不同之处。
⾸先是开关速度的不同。三极管⼯作时,两个PN结都会感应出电荷,当开关管处于导通状态时,三极管处于饱和状态,假设这时三极管截⾄,PN结感应的电荷要恢复到平衡状态,这个过程需求时间。⽽MOS由于⼯作⽅式不同,不需要恢复时间,因此可以⽤作⾼速开关管。
其次是控制⽅式不同。MOS管是电压控制元件,⽽三级管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下,应选⽤MOS管;⽽在信号电压较低,⼜允许从信号源取较多电流的条件下,应选⽤三极管。
接着是载流⼦种类数量不同。电⼒电⼦技术中提及的单极器件是指只靠⼀种载流⼦导电的器件,双极器件是指靠两种载流⼦导电的器件。MOS管只应⽤了⼀种多数载流⼦导电,所以也称为单极型器件;⽽三极管是既有多数载流⼦,也应⽤少数载流⼦导电;是为双极型器件。
第三是灵活性不同。有些MOS管的源极和漏极可以互换运⽤,栅压也可正可负,灵活性⽐三极管好。
第四是集成能⼒不同。MOS管能在很⼩电流和很低电压的条件下⼯作,⽽且它的制造⼯艺可以很⽅便地把很多MOS管集成在⼀块硅⽚上,因此MOS管在⼤范围集成电路中得到了普遍的应⽤。
第五是输⼊阻抗和噪声能⼒不同。MOS管具有较⾼输⼊阻抗和低噪声等优点,被普遍应⽤于各种电⼦设备中,特别⽤MOS管做整个电⼦设备的输⼊级,可以获得普通三极管很难达到的性能。
最后是功耗损耗不同。同等情况下,采⽤MOS管时,功耗损耗低;⽽选⽤三极管时,功耗损耗要⾼出许多。
当然,在使⽤成本上,MOS管要⾼于三极管,因此根据两种元件的特性,MOS管常⽤于⾼频⾼速电路、⼤电流场所,以及对基极或漏极控制电流⽐较敏感的中央区域;⽽三极管则⽤于低成本场所,达不到效果时才会考虑替换选⽤MOS管。表13 MOS管与三极管主要差异⽐较
⼀览
2、MOS管与IBGT的差别
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS绝缘
栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的⾼输⼊阻抗和功率晶体管(GTR)的低导通压降两⽅⾯的优点。
GTR饱和压降低,载流密度⼤,但驱动电流较⼤;MOSFET驱动功率很⼩,开关速度快,但导通压降⼤,载流密度⼩。IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率⼩⽽饱和压降低。常见的IGBT⼜分为单管和模块两种,单管的外观和MOS管有点相像,常见⽣产⼚家有富⼠电机、仙童半导体等,模块产品⼀般为内部封装了数个单个IGBT,由内部联接成适合的电路。
由于IGBT原理为先开通MOS管,再驱动三极管开通,该原理决定了IGBT的开关速度⽐MOS管慢,但⽐三极管快。
制造成本上,IGBT要⽐MOS管⾼很多,这是因为IGBT的制作多了薄⽚背⾯离⼦注⼊、薄⽚低温退⽕(如激光退⽕)⼯序,⽽这两个⼯序都需要专门针对薄⽚⼯艺的昂贵机台。
在低压下,低压MOS管的导通压降通常都控制在0.5V以下(基本不会超过1V的),⽐如IR4110低压MOS管,其内阻为4mΩ,给它100A 的导通电流,导通压降是0.4V左右。电流导通压降低,意味着导通损耗⼩,同时兼具开关损耗⼩的特性,因此,IGBT相对MOS管在电性能没有优势,加上在性价⽐上MOS管更具优势,所以基本上看不到低压IGBT。
MOS管的最⼤劣势是随着耐压升⾼,内阻迅速增⼤,所以⾼压下内阻很⼤,致使MOS管不能做⼤功率应⽤。
在⾼压领域,MOS管的开关速度仍是最快的,但⾼压下MOS管的导通压降很⼤(内阻随耐压升⾼⽽迅速升⾼),即便是耐压600V的COOLMOS管,导通电阻可⾼达⼏欧姆,致使耐流很⼩。
⽽IGBT在⾼耐压下,导通压降⼏乎没明显增⼤(IGBT的导通电流通过三极管处理),所以⾼压下IGBT优势明显,既有⾼开关速度,⼜有三极管的⼤电流特性;另外,在新⼀代IGBT产品中,开关速度⾼(纳秒级),导通压降、开关损耗等也有了长⾜进步,使得IGBT耐脉冲电流冲击⼒更强,且耐压⾼、驱动功率⼩等优点更加突出。
在需要耐压超过150V的使⽤条件下,MOS管已经基本没有优势。以典型的IRFS4115与第四代IGBT型SKW30N60对⽐中,在150V、20A连续⼯况下运⾏,前者开关损耗为6mJ/pulse,⽽后者只有1.15mJ/pulse,不⾜前者的1/5;若⽤极限⼯作条件,⼆者功率负荷相差将更悬殊!
⽬前,诸如冶⾦、钢铁、⾼速铁路、船舶等有⼤功率需求的领域已较少见到MOS管,⽽是⼴泛应⽤IGBT元器件。
总的来说,IGBT更适⽤于⾼压、⼤电流、低频率(20KHZ左右)场所,电压越⾼,IGBT越有优势,在60
0v以上,IGBT的优势⾮常明显;⽽MOSFET更适⽤于低电压、⼩电流、低频率(⼏⼗KHz~⼏MHz)领域,电压越低,MOS管越有优势。
MOS管主要参数
场效应管的参数很多,包括极限参数、动态电特性参数和静态电特性参数,其中重要的参数有:饱和漏源电流IDSS、夹断电压Up、开启电压VT(加强型绝缘栅管)、跨导gM、漏源击穿电压BVDS、最⼤耗散功率PDSM和最⼤漏源电流IDSM等。
1、最⼤额定参数
最⼤额定参数,要求所有数值取得条件为Ta=25℃。图表14 MOS管的绝对最⼤额定值⽰例
VDS/VDSS 最⼤漏源电压
在栅源短接,漏源额定电压VDSS[或写作V(BR)DSS]是指漏-源未发⽣雪崩击穿前所能施加的最⼤电压。根据温度的不同,实际雪崩击穿电压可能低于额定VDSS。
VGS/ VGSS 最⼤栅源电压
VGS[或写作V(BR)GSS]额定电压是栅源两极间可以施加的最⼤电压。设定该额定电压的主要⽬的是防⽌电压过⾼导致的栅氧化层损伤。实际栅氧化层可承受的电压远⾼于额定电压,但是会随制造⼯艺的不同⽽改变,因此保持VGS在额定电压以内可以保证应⽤的可靠性。
ID 连续漏电流
ID定义为芯⽚在最⼤额定结温TJ(max)下,管表⾯温度在25℃或者更⾼温度下,可允许的最⼤连续直流电流。该参数为结与管壳之间额定
热阻RθJC和管壳温度的函数:
ID中并不包含开关损耗,并且实际使⽤时保持管表⾯温度在25℃(Tcase)也很难。因此,硬开关应⽤中实际开关电流通常⼩于ID 额定值@ TC=25℃的⼀半,通常在1/3~1/4。
注:采⽤热阻JA可以估算出特定温度下的ID,这个值更有现实意义。
IDM/IDSM 脉冲漏极电流/最⼤漏源电流
该参数反映了器件可以处理的脉冲电流的⾼低,脉冲电流要远⾼于连续的直流电流。定义IDM的⽬的在于:线的欧姆区。对于⼀定的栅-源电压,MOSFET导通后,存在最⼤的漏极电流,如图表15所⽰,
对于给定的⼀个栅-源电压,如果⼯作点位于线性区域内,漏极电流的增⼤会提⾼漏-源电压,由此增⼤导通损耗。长时间⼯作在⼤功率之下,将导致器件失效。因此,在典型栅极驱动电压下,需要将额定IDM设定在区域之下,区域的分界点在VGS和曲线相交点。图表15 MOSFET导通后,存在最⼤的漏极电流
因此需要设定电流密度上限,防⽌芯⽚温度过⾼⽽烧毁。这本质上是为了防⽌过⾼电流流经封装引线,因为在某些情况下,整个芯⽚上
最“薄弱的连接”不是芯⽚,⽽是封装引线。
考虑到热效应对于IDM的限制,温度的升⾼依赖于脉冲宽度,脉冲间的时间间隔,散热状况,RDS(on)以及脉冲电流的波形和幅度。单纯满⾜脉冲电流不超出IDM上限并不能保证结温不超过最⼤允许值。可以参考热性能与机械性能中关于瞬时热阻的讨论,来估计脉冲电流下结温的情况。
PDSM 最⼤耗散功率
亦即容许沟道总功耗,标定了器件可以消散的最⼤功耗,可以表⽰为最⼤结温和管壳温度为25℃时热阻的函数。
TJ、TSTG ⼯作温度和存储环境温度的范围
这两个参数标定了器件⼯作和存储环境所允许的结温区间。设定这样的温度范围是为了满⾜器件最短⼯作寿命的要求。如果确保器件⼯作在这个温度区间内,将极⼤地延长其⼯作寿命。
EAS 单脉冲雪崩击穿能量
如果电压过冲值(通常由于漏电流和杂散电感造成)未超过击穿电压,则器件不会发⽣雪崩击穿,因此也就不需要消散雪崩击穿的能⼒。雪崩击穿能量标定了器件可以容忍的瞬时过冲电压的安全值,其依赖于雪崩击穿需要消散的能量。
定义额定雪崩击穿能量的器件通常也会定义额定EAS。额定雪崩击穿能量与额定UIS具有相似的意义。EAS标定了器件可以安全吸收反向雪崩击穿能量的⾼低。
L是电感值,ID为电感上流过的电流峰值,其会突然转换为测量器件的漏极电流。电感上产⽣的电压超过MOSFET击穿电压后,将导致雪崩击穿。雪崩击穿发⽣时,即使MOSFET处于关断状态,电感上的电流同样会流过MOSFET器件。电感上所储存的能量与杂散电感上存储,由MOSFET消散的能量类似。
MOSFET并联后,不同器件之间的击穿电压很难完全相同。通常情况是:某个器件率先发⽣雪崩击穿,随后所有的雪崩击穿电流(能量)都从该器件流过。
EAR 重复雪崩能量
重复雪崩能量已经成为“⼯业标准”,但是在没有设定频率、其它损耗以及冷却量的情况下,该参数没有任何意义。散热(冷却)状况经常制约着重复雪崩能量。对于雪崩击穿所产⽣的能量⾼低也很难预测。
额定EAR的真实意义在于标定了器件所能承受的反复雪崩击穿能量。该定义的前提条件是:不对频率做任何限制,从⽽器件不会过热,这对于任何可能发⽣雪崩击穿的器件都是现实的。在验证器件设计的过程中,最好可以测量处于⼯作状态的器件或者热沉的温度,来观察MOSFET器件是否存在过热情况,特别是对于可能发⽣雪崩击穿的器件。
IAR 雪崩击穿电流
对于某些器件,雪崩击穿过程中芯⽚上电流集边的倾向要求对雪崩电流IAR进⾏限制。这样,雪崩电流变成雪崩击穿能量规格的“精细阐
述”;其揭⽰了器件真正的能⼒。图表16 雪崩破坏耐量测定电路和波形
SOA 安全⼯作区

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