本文對(duì)MOS失效原因總結(jié)以下六點(diǎn)，然后對(duì)1，2重點(diǎn)進(jìn)行分析：

1、雪崩失效（電壓失效），也就是漏源間的BVdss電壓超過(guò)MOSFET的額定電壓，并且超過(guò)達(dá)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(guò)大，損耗過(guò)高器件長(zhǎng)時(shí)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(jìn)行續(xù)流的拓?fù)浣Y(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(guò)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。

MOS管失效分析-雪崩失效、SOA失效

（一）雪崩失效分析（電壓失效）

什么是雪崩失效呢，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)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(jiǎn)而言之就是由于就是MOSFET漏源極的電壓超過(guò)其規(guī)定電壓值并達(dá)到一定的能量限度而導(dǎo)致的一種常見(jiàn)的失效模式。

下面的圖片為雪崩測(cè)試的等效原理圖，可以簡(jiǎn)單了解下。

可能我們經(jīng)常要求器件生產(chǎn)廠家對(duì)電源板上的MOSFET進(jìn)行失效分析，大多數(shù)廠家都僅僅給一個(gè)EAS.EOS之類的結(jié)論，那么到底怎么區(qū)分是否是雪崩失效呢，下面是一張經(jīng)過(guò)雪崩測(cè)試失效的器件圖，進(jìn)行對(duì)比從而確定是否是雪崩失效。

雪崩失效預(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(lái)考慮。具體可以參考以下的方式來(lái)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(diǎn)進(jìn)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(jì)。

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(jìn)行吸收。

（二）SOA失效（電流失效）

SOA失效是指電源在運(yùn)行時(shí)異常的大電流和電壓同時(shí)疊加在MOSFET上面，造成瞬時(shí)局部發(fā)熱而導(dǎo)致的破壞模式。或者是芯片與散熱器及封裝不能及時(shí)達(dá)到熱平衡導(dǎo)致熱積累，持續(xù)的發(fā)熱使溫度超過(guò)氧化層限制而導(dǎo)致的熱擊穿模式。

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(gè)脈沖電流。

5.擊穿電壓BVDSS限制區(qū)。

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(wèn)題的產(chǎn)生。

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(xì)致。

在進(jìn)行OCP點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，一般可能會(huì)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(hù)電壓比如0.7V開(kāi)始調(diào)試RSENSE電阻。

有些人會(huì)將檢測(cè)延遲時(shí)間、CISS對(duì)OCP實(shí)際的影響考慮在內(nèi)。但是此時(shí)有個(gè)更值得關(guān)注的參數(shù)，那就是MOSFET的Td（off）。

從圖中可以看出，電流波形在快到電流尖峰時(shí)，有個(gè)下跌，這個(gè)下跌點(diǎn)后又有一段的上升時(shí)間，這段時(shí)間其本質(zhì)就是IC在檢測(cè)到過(guò)流信號(hào)執(zhí)行關(guān)斷后，MOSFET本身也開(kāi)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(huì)有個(gè)二次上升平臺(tái)，如果二次上升平臺(tái)過(guò)大，那么在變壓器余量設(shè)計(jì)不足時(shí)，就極有可能產(chǎn)生磁飽和的一個(gè)電流沖擊或者電流超器件規(guī)格的一個(gè)失效。

3、合理的熱設(shè)計(jì)余量，不行就加散熱器。

MOS管發(fā)熱分析

1.電路設(shè)計(jì)的問(wèn)題，就是讓MOS管工作在線性的工作狀態(tài)，而不是在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。這也是導(dǎo)致MOS管發(fā)熱的一個(gè)原因。如果N-MOS做開(kāi)關(guān)，G級(jí)電壓要比電源高幾V，才能完全導(dǎo)通，P-MOS則相反。

沒(méi)有完全打開(kāi)而壓降過(guò)大造成功率消耗，等效直流阻抗比較大，壓降增大，所以U*I也增大，損耗就意味著發(fā)熱。這是設(shè)計(jì)電路的最忌諱的錯(cuò)誤。

2.頻率太高，主要是有時(shí)過(guò)分追求體積，導(dǎo)致頻率提高，MOS管上的損耗增大了，所以發(fā)熱也加大了。

3.沒(méi)有做好足夠的散熱設(shè)計(jì)，電流太高，MOS管標(biāo)稱的電流值，一般需要良好的散熱才能達(dá)到。所以ID小于最大電流，也可能發(fā)熱嚴(yán)重，需要足夠的輔助散熱片。

4.MOS管的選型有誤，對(duì)功率判斷有誤，MOS管內(nèi)阻沒(méi)有充分考慮，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)阻抗增大。

如何解決MOS管發(fā)熱問(wèn)題？

為了解決MOS管發(fā)熱問(wèn)題，要準(zhǔn)確判斷是否是這些原因造成，最重要的是進(jìn)行正確的測(cè)試，才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在。通過(guò)這次解決這個(gè)MOS發(fā)熱問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)正確選擇關(guān)鍵點(diǎn)的測(cè)試，是否和分析的一致，才是解決問(wèn)題之關(guān)鍵。

在進(jìn)行開(kāi)關(guān)電源測(cè)試中，除了用三用表測(cè)量控制電路其他器件的引腳電壓，比較重要的是用示波器測(cè)量相關(guān)的電壓波形。當(dāng)判斷開(kāi)關(guān)電源是否工作正常，測(cè)試什么地方才能反映出電源的工作狀態(tài)，變壓器原邊和次級(jí)以及輸出反饋是否合理，開(kāi)關(guān)MOS管是否工作正常，PWM控制器輸出端是否正常，包括脈沖的幅度和占空比是否正常，等等。

測(cè)試點(diǎn)的合理選擇非常重要，正確選擇既安全可靠測(cè)量，又能反映故障的原因所在，迅速查找出原因。

根據(jù)開(kāi)關(guān)電源所了解的，一般引起MOS管發(fā)熱的原因是：

1、驅(qū)動(dòng)頻率過(guò)高。

2、G極驅(qū)動(dòng)電壓不夠。

3、通過(guò)漏極和源極的Id電流太高。

因此測(cè)試重點(diǎn)放在MOS管上，準(zhǔn)確測(cè)試它的工作狀況，才是問(wèn)題的根本。

Q1為功率開(kāi)關(guān)MOS管，A點(diǎn)為漏極，B點(diǎn)為源極，R為電流取樣電阻，C點(diǎn)為接地端。把雙蹤示波器的兩個(gè)探頭分別接到A和B點(diǎn)，兩個(gè)探頭接地端同時(shí)卡住電阻R的接地端C處。

MOS管漏極測(cè)試A點(diǎn)波形

而從B點(diǎn)的波形可以看出，MOS管的源極電壓波形，這個(gè)波形是取樣電阻R上的電壓波形，能夠反映出漏極電流極其導(dǎo)通和截止時(shí)間等信息，如下圖分析：

可以看出，每個(gè)周期中，開(kāi)關(guān)MOS管導(dǎo)通時(shí)，漏極電流從起始到峰值電流的過(guò)程。

取樣電阻R的B測(cè)試點(diǎn)電壓波形

A和B點(diǎn)，這就是兩個(gè)關(guān)鍵的測(cè)試點(diǎn)，基本上反映了開(kāi)關(guān)電源的工作狀態(tài)和故障所在，導(dǎo)通的時(shí)候的尖峰電壓和尖峰電流非常大，如果能夠?qū)?dǎo)通的尖峰電壓和尖峰電流消除，那么損耗能降一大半，MOS發(fā)熱的問(wèn)題就能解決。當(dāng)然也是發(fā)現(xiàn)MOS管工作正常與否的最直接反映。

通過(guò)測(cè)試結(jié)果分析后，改變柵極驅(qū)動(dòng)電阻阻值，選擇合適的頻率，給MOS管完全導(dǎo)通創(chuàng)造條件，MOS工作后有效的降低了尖峰電壓，又選擇了內(nèi)阻更小的MOS管，使在開(kāi)關(guān)過(guò)程中管子本身的壓降降低。同時(shí)合理選擇的散熱器。

經(jīng)過(guò)這樣處理后，重新實(shí)驗(yàn)，讓整個(gè)電源正常工作后，加大負(fù)載到滿負(fù)荷工作，MOS管發(fā)熱始終沒(méi)有超過(guò)50°，應(yīng)該是比較理想。

在用示波器測(cè)試過(guò)程中，要特別注意這兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)的波形，在逐步升高輸入電壓的時(shí)候，如果發(fā)現(xiàn)峰值電壓或者峰值電流超過(guò)設(shè)計(jì)范圍，并注意MOS管發(fā)熱情況，如果異常，應(yīng)該立刻關(guān)閉電源，查找原因所在，防止MOS管損壞。

編輯：jq