來源:功率半導體社
單脈沖雪崩擊穿能量(Energy during avalanche for single pulse),即 EAS。指的是MOSFET器件串聯(lián)感性負載時,在單次脈沖(工作到關斷)狀態(tài)下,所能承受的最大能量消耗,單位是焦耳(J),其值越大,器件在電路中遭遇瞬間過電壓或過電流情況時越不容易損壞。
一、測試方法
1)在MOSFET上串聯(lián)電感L,設定母線電壓VDD。
2)在柵極與源極之間加脈沖電壓VGS(一般為10V),當VGS=10V時,器件完全開啟,VDD給電感L充電。當流過電感電流達到IAS(單脈沖雪崩電流,受脈沖占空比控制)時, VGS=0V器件關斷。
3)由于電感L存在,電流IAS不會突變,電感中儲存的能量就會對MOSFET進行釋放。
如下圖:
測試EAS極限值時,一般固定電感L,逐漸增加IAS電流(提高脈沖占空比),直至MOS管失效,根據(jù)失效前IAS電流值,計算EAS:
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不同廠家產(chǎn)品規(guī)格書EAS測試條件不同,因此不能通過規(guī)格書直接比較。
二、失效模式
EAS失效模式主要有兩種:寄生二極管雪崩燒毀、寄生三極管(BJT)開啟,兩種失效模式都是破壞性的。
1、 寄生二極管雪崩燒毀
在MOSFET的結構中,存在一個寄生二極管,如下圖:
當MOSFET器件外接感性負載時,器件關斷后漏極(D)電流不會突變,這時處于關斷狀態(tài)下的MOSFET器件內(nèi)寄生二極管反偏電壓被瞬間抬升,進入雪崩擊穿狀態(tài)。流過二極管的大電流及兩端高電壓會在器件內(nèi)部產(chǎn)生熱量,散熱不及時就會導致MOSFET過熱燒毀失效(電流路徑如上圖黃線)。
2、 寄生三極管(BJT)開啟
在MOSFET的結構中,還存在一個寄生三極管(BJT),如下圖:
正常情況下,流過RB的電流很小,RB兩端電壓差幾乎為0(寄生三極管的VBE小于正向開啟電壓),三極管是處在關閉狀態(tài)。
但是當寄生二極管發(fā)生雪崩擊穿時,流過RB的電流變大(圖中黃線),使RB兩端電壓差大于三極管VBE的開啟電壓時,寄生三極管開啟,大電流便會從 N-區(qū)經(jīng)過 P-區(qū)流向 N+(電流路徑如上圖紅線), MOSFET無法正常關斷,導致短路而損壞MOSFET。
MOSFET的設計中通常會減小P-中的橫向電阻RB,來抑制寄生三極管的開啟。
目前MOSFET的EAS失效,大多數(shù)為寄生二極管雪崩擊穿過熱失效。
為什么MOSFET器件EAS燒毀的點大多都在柵PAD附近?
MOSFET靠柵極控制開通與關斷,距離柵PAD越近的單胞寄生電阻和電容越小,關斷速度越快,越先發(fā)生雪崩擊穿。
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原文標題:MOSFET 單脈沖雪崩能量(EAS)參數(shù)解讀
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