MOS管工(gōng)作原理
MOS管的工(gōng)作原理(以N溝道增強型MOS場效應管)它是利用VGS來控制“感應電(diàn)荷”的多(duō)少，以改變由這些“感應電(diàn)荷”形成的導電(diàn)溝道的狀況，然後達到(dào)控制漏極電(diàn)流的目的。
在制造管子時，通(tōng)過工(gōng)藝使絕緣層中出現大量正離子，故在交界面的另一(yī)側能(néng)感應出較多(duō)的負電(diàn)荷，這些負電(diàn)荷把高(gāo)滲雜(zá)質的N區接通(tōng)，形成了導電(diàn)溝道，即使在VGS=0時也有較大的漏極電(diàn)流ID。當栅極電(diàn)壓改變時，溝道内被感應的電(diàn)荷量也改變，導電(diàn)溝道的寬窄也随之而變，因而漏極電(diàn)流ID随著(zhe)栅極電(diàn)壓的變化而變化。
MOS管的分類
MOS管按溝道材料型和絕緣栅型各分N溝道和P溝道兩種，按導電(diàn)方式又(yòu)分耗盡型與增強型，所以MOS場效應晶體管分為(wèi)N溝耗盡型和增強型，P溝耗盡型和增強型四大類。不過現實中，耗盡型的類型很少，而P溝道也比較少，最多(duō)的就(jiù)是N溝道增強型。
大部分MOS管的外觀極其類似，常見(jiàn)的封裝種類有TO252 / TO220 / TO92 / TO3 / TO247等等，但具體的型号有成千上(shàng)萬種，因此光(guāng)從(cóng)外觀是無法區分的。對于不熟悉型号，經驗又(yòu)比較少的人來說，比較好的方法就(jiù)是查器(qì)件(jiàn)的datasheet。
裡(lǐ)面會(huì)詳細告訴你，它的類型和具體參數，這些參數對于你設計電(diàn)路(lù)極有用。我們區分類型，一(yī)般就(jiù)是看(kàn)型号，比如IRF530 / IRF540 / IRF3205 / IRPF250等這些都是很常見(jiàn)的N溝道增強型。
無論N型或者P型MOS管，其工(gōng)作原理本質是一(yī)樣的，是由加在輸入端栅極的電(diàn)壓來控制輸出端漏極的電(diàn)流。MOS管是壓控器(qì)件(jiàn)它通(tōng)過加在栅極上(shàng)的電(diàn)壓控制器(qì)件(jiàn)的特性，不會(huì)發生(shēng)像三極管做開(kāi)關時的因基極電(diàn)流引起的電(diàn)荷存儲效應，因此在開(kāi)關應用中，MOS管的開(kāi)關速度應該比三極管快。
N型MOS管的特性：VGS大于一(yī)定的值就(jiù)會(huì)導通(tōng)，适合用于源極接地時的情況（低(dī)端驅動），隻要栅極電(diàn)壓達到(dào)一(yī)定電(diàn)壓（如4V或10V，其他電(diàn)壓看(kàn)手冊）就(jiù)可以了。
P型MOS管的特性：VGS小(xiǎo)于一(yī)定的值就(jiù)會(huì)導通(tōng)，适合用于源極接VCC時的情況（高(gāo)端驅動）。但是，雖然P型MOS管可以很方便地用作高(gāo)端驅動，但由于導通(tōng)電(diàn)阻大、價格貴、替換種類少等原因，在高(gāo)端驅動中通(tōng)常還(hái)是使用N型MOS管。
MOS管失效的6大原因
雪崩失效(電(diàn)壓失效)：也就(jiù)是我們常說的漏源間的BVdss電(diàn)壓超過MOS管的額定電(diàn)壓，并且超過達到(dào)了一(yī)定的能(néng)力從(cóng)而導緻MOS管失效。
栅極電(diàn)壓失效：由于栅極遭受異常電(diàn)壓尖峰，而導緻栅極栅氧層失效
靜(jìng)電(diàn)失效：在秋冬季節，由于人體及設備靜(jìng)電(diàn)而導緻的器(qì)件(jiàn)失效。
諧振失效：在并聯使用的過程中，栅極及電(diàn)路(lù)寄生(shēng)參數導緻震蕩引起的失效。
體二極管失效：在橋式、LLC等有用到(dào)體二極管進行續流的拓撲結構中，由于體二極管遭受破壞而導緻的失效。
SOA失效(電(diàn)流失效)：既超出MOS管安全工(gōng)作區引起失效，分為(wèi)Id超出器(qì)件(jiàn)規格失效以及Id過大，損耗過高(gāo)器(qì)件(jiàn)長(cháng)時間熱積累而導緻的失效。
雪崩失效(電(diàn)壓失效)
到(dào)底什麽是雪崩失效呢(ne)？簡單來說MOS管在電(diàn)源闆上(shàng)由于母線電(diàn)壓、變壓器(qì)反射電(diàn)壓、漏感尖峰電(diàn)壓等等系統電(diàn)壓疊加在MOS管漏源之間，導緻的一(yī)種失效模式。簡而言之就(jiù)是由于就(jiù)是MOS管漏源極的電(diàn)壓超過其規定電(diàn)壓值并達到(dào)一(yī)定的能(néng)量限度而導緻的一(yī)種常見(jiàn)的失效模式。
雪崩破壞的預防措施：
合理降額使用。目前，行業(yè)内降額一(yī)般選擇80%-95%的降額。具體情況根據公司保修條款和電(diàn)路(lù)重點來選擇。
合理的變壓器(qì)反射電(diàn)壓。
合理的RCD和TVS吸收電(diàn)路(lù)設計。
大電(diàn)流接線盡量采用大、小(xiǎo)布置，以減小(xiǎo)接線寄生(shēng)電(diàn)感。
選擇一(yī)個(gè)合理的門(mén)電(diàn)阻Rg。
在大功率電(diàn)源中，可以根據需要增加RC阻尼或齊納二極管吸收。
栅極電(diàn)壓失效
造成栅極電(diàn)壓異常高(gāo)的主要原因有三：生(shēng)産、運輸、裝配過程中的靜(jìng)電(diàn)；電(diàn)力系統運行中設備和電(diàn)路(lù)寄生(shēng)參數引起的高(gāo)壓諧振；在高(gāo)壓沖擊過程中，高(gāo)壓通(tōng)過Ggd傳輸到(dào)電(diàn)網(在雷擊試驗中，這種原因引起的故障更常見(jiàn))。
門(mén)極電(diàn)壓失效的預防措施：
栅極和源極之間的過電(diàn)壓保護：如果栅極和源極之間的阻抗過高(gāo)，漏極和源極之間電(diàn)壓的突然變化将通(tōng)過電(diàn)極間電(diàn)容耦合到(dào)栅極上(shàng)，導緻非常高(gāo)的UGS電(diàn)壓超調，從(cóng)而導緻栅極超調。氧化物(wù)層永久性損壞。如果是正方向上(shàng)的UGS瞬态電(diàn)壓，設備也可能(néng)導通(tōng)錯(cuò)誤。為(wèi)此，應适當降低(dī)栅極驅動電(diàn)路(lù)的阻抗，并在栅極和源極之間并聯一(yī)個(gè)阻尼電(diàn)阻或一(yī)個(gè)穩壓約20V的調壓器(qì)。必須特别注意防止開(kāi)門(mén)操作。
排水(shuǐ)管之間的過電(diàn)壓保護：如果電(diàn)路(lù)中存在電(diàn)感負載，當設備關閉時，漏極電(diàn)流(di/dt)的突然變化将導緻漏極電(diàn)壓超調，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高(gāo)于電(diàn)源電(diàn)壓，從(cóng)而導緻設備損壞。應采取齊納鉗、RC鉗或RC抑制電(diàn)路(lù)等保護措施。
靜(jìng)電(diàn)分析
靜(jìng)電(diàn)的基本物(wù)理特性是：有吸引力或斥力；有電(diàn)場，與地球有電(diàn)位差；産生(shēng)放(fàng)電(diàn)電(diàn)流。這三種情況對電(diàn)子元件(jiàn)有以下(xià)影響：
該元件(jiàn)吸收灰塵，改變線路(lù)之間的阻抗，影響元件(jiàn)的功能(néng)和壽命。
由于電(diàn)場或電(diàn)流的作用，元件(jiàn)的絕緣層和導體損壞，使元件(jiàn)不能(néng)工(gōng)作(完全損壞)。
由于電(diàn)場的瞬時軟擊穿或電(diàn)流過熱，元件(jiàn)受到(dào)損壞。雖然它還(hái)能(néng)工(gōng)作，但它的生(shēng)命受到(dào)了損害。
靜(jìng)電(diàn)失效預防措施：MOS電(diàn)路(lù)輸入端的保護二極管在通(tōng)電(diàn)時的電(diàn)流容限為(wèi)1毫安。當可能(néng)出現過大的瞬時輸入電(diàn)流(大于10mA)時，輸入保護電(diàn)阻應串聯。同時，由于保護電(diàn)路(lù)吸收的瞬時能(néng)量有限，過大的瞬時信号和過高(gāo)的靜(jìng)電(diàn)電(diàn)壓會(huì)使保護電(diàn)路(lù)失效。因此，在焊接過程中，烙鐵必須可靠接地，以防止設備輸入端子洩漏。一(yī)般使用時，斷電(diàn)後，可利用烙鐵的餘熱進行焊接，其接地腳應先焊好。諧振失效
當功率MOS管并聯而不插入栅極電(diàn)阻但直接連接時發生(shēng)的栅極寄生(shēng)振蕩。當漏源電(diàn)壓在高(gāo)速下(xià)反複接通(tōng)和斷開(kāi)時，這種寄生(shēng)振蕩發生(shēng)在由栅極漏極電(diàn)容Cgd(Crss)和栅極pin電(diàn)感Lg構成的諧振電(diàn)路(lù)中。當建立共振條件(jiàn)(ωL=1/ωC)時，在栅極和源極之間施加遠(yuǎn)大于驅動電(diàn)壓Vgs(in)的振動電(diàn)壓，栅極因超過栅極源額定電(diàn)壓而損壞，漏源電(diàn)壓開(kāi)關時的振動電(diàn)壓通(tōng)過栅極漏極電(diàn)容器(qì)Cgd和Vgs的重疊波形産生(shēng)正反饋，可能(néng)引起故障引起振蕩破壞。
諧振失效預防措施：阻力可以抑制由于阻尼引起的振蕩。然而，将一(yī)個(gè)小(xiǎo)電(diàn)阻串聯到(dào)栅極上(shàng)并不能(néng)解決振蕩阻尼問題，主要原因是驅動電(diàn)路(lù)的阻抗匹配和功率管開(kāi)關時間的調整。
體二級管故障
在不同的拓撲和電(diàn)路(lù)中，MOS管具有不同的作用。例如，在LLC中，體二極管的速度也是影響MOS管可靠性的一(yī)個(gè)重要因素。由于二極管本身是寄生(shēng)參數，因此很難區分漏源體二極管故障和漏源電(diàn)壓故障。二極管故障的解決方案主要是通(tōng)過結合自(zì)身電(diàn)路(lù)來分析。
SOA失效(電(diàn)流失效)
半導體光(guāng)放(fàng)大器(qì)(SOA)失效是指在電(diàn)源工(gōng)作過程中，由于MOS管上(shàng)同時疊加了異常大的電(diàn)流和電(diàn)壓而引起的損傷模式。或者，芯片、散熱器(qì)和封裝不能(néng)及時達到(dào)熱平衡，導緻熱量積聚，并且連續熱産生(shēng)導緻溫度超過由于熱擊穿模式而導緻的氧化物(wù)層的極限。
SOA失效的預防措施：确保在最壞的情況下(xià)，MOS管的所有功率限制都在SOA限制線之内；OCP功能(néng)必須精确、詳細。
