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深入剖析MOS管雪崩、SOA失效及发热
发布日期:2021-06-27 20:19   来源:未知   阅读:

  www.hljpq.cn全国市场监管系统计量工作会议在深圳召开,失效),既超出MOSFET安全工作区引起失效,分为Id超出器件规格失效以及Id过大,损耗过高器件长时间热积累而导致的失效。

  3、体二极管失效:在桥式、LLC等有用到体二极管进行续流的拓扑结构中,由于体二极管遭受破坏而导致的失效。

  4、谐振失效:在并联使用的过程中,栅极及电路寄生参数导致震荡引起的失效。

  什么是雪崩失效呢,简单来说MOSFET在电源板上由于母线电压、变压器反射电压、漏感尖峰电压等等系统电压叠加在MOSFET漏源之间,导致的一种失效模式。

  简而言之就是由于就是MOSFET漏源极的电压超过其规定电压值并达到一定的能量限度而导致的一种常见的失效模式。

  可能我们经常要求器件生产厂家对电源板上的MOSFET进行失效分析,大多数厂家都仅仅给一个EAS.EOS之类的结论,那么到底怎么区分是否是雪崩失效呢,下面是一张经过雪崩测试失效的器件图,进行对比从而确定是否是雪崩失效。

  雪崩失效归根结底是电压失效,因此预防我们着重从电压来考虑。具体可以参考以下的方式来处理。

  1、合理降额使用,目前行业内的降额一般选取80%-95%的降额,具体情况根据企业的保修条款及电路关注点进行选取。

  Rg。6、在大功率电源中,可以根据需要适当的加入RC减震或齐纳二极管进行吸收。

  SOA失效是指电源在运行时异常的大电流和电压同时叠加在MOSFET上面,造成瞬时局部发热而导致的破坏模式。或者是芯片与散热器及封装不能及时达到热平衡导致热积累,持续的发热使温度超过

  电压BVDSS限制区。电源上的MOSFET,只要保证能器件处于上面限制区的范围内,就能有效的规避由于MOSFET而导致的电源失效问题的产生。

  1、确保在最差条件下,MOSFET的所有功率限制条件均在SOA限制线、将OCP功能一定要做精确细致。

  在进行OCP点设计时,一般可能会取1.1-1.5倍电流余量的工程师居多,然后就根据IC的保护电压比如0.7V开始调试

  有些人会将检测延迟时间、CISS对OCP实际的影响考虑在内。但是此时有个更值得关注的参数,那就是MOSFET的Td(off)。从图中可以看出,电流波形在快到电流尖峰时,有个下跌,这个下跌点后又有一段的上升时间,这段时间其本质就是IC在检测到过流信号执行关断后,MOSFET本身也开始执行关断,

  但是由于器件本身的关断延迟,因此电流会有个二次上升平台,如果二次上升平台过大,那么在变压器余量设计不足时,就极有可能产生磁饱和的一个电流冲击或者电流超器件规格的一个失效。

  状态。这也是导致MOS管发热的一个原因。如果N-MOS做开关,G级电压要比电源高几V,才能完全导通,P-MOS则相反。

  没有完全打开而压降过大造成功率消耗,等效直流阻抗比较大,压降增大,所以U*I也增大,损耗就意味着发热。这是设计电路的最忌讳的错误。

  2.频率太高,主要是有时过分追求体积,导致频率提高,MOS管上的损耗增大了,所以发热也加大了。3.没有做好足够的散热设计,电流太高,MOS管标称的电流值,一般需要良好的散热才能达到。所以ID小于最大电流,也可能发热严重,需要足够的辅助散热片。

  如何解决MOS管发热问题?为了解决MOS管发热问题,要准确判断是否是这些原因造成,最重要的是进行正确的测试,才能发现问题所在。通过这次解决这个MOS发热问题,发现正确选择关键点的测试,是否和分析的一致,才是解决问题之关键。

  控制电路其他器件的引脚电压,比较重要的是用示波器测量相关的电压波形。当判断开关电源是否工作正常,测试什么地方才能反映出电源的工作状态,变压器原边和次级以及输出反馈是否合理,开关MOS管是否工作正常,PWM控制器输出端是否正常,包括脉冲的幅度和占空比是否正常,等等。测试点的合理选择非常重要,正确选择既安全可靠测量,又能反映故障的原因所在,迅速查找出原因。根据开关电源所了解的,一般引起MOS管发热的原因是:

  Q1为功率开关MOS管,A点为漏极,B点为源极,R为电流取样电阻,C点为接地端。把双踪示波器的两个探头分别接到A和B点,两个探头接地端同时卡住电阻R的接地端C处。

  而从B点的波形可以看出,MOS管的源极电压波形,这个波形是取样电阻R上的电压波形,能够反映出漏极电流极其导通和截止时间等信息,如下图分析:

  可以看出,每个周期中,开关MOS管导通时,漏极电流从起始到峰值电流的过程。

  A和B点,这就是两个关键的测试点,基本上反映了开关电源的工作状态和故障所在,导通的时候的尖峰电压和尖峰电流非常大,如果能够将导通的尖峰电压和尖峰电流消除,那么损耗能降一大半,MOS发热的问题就能解决。当然也是发现MOS管工作正常与否的最直接反映。

  通过测试结果分析后,改变栅极驱动电阻阻值,选择合适的频率,给MOS管完全导通创造条件,MOS工作后有效的降低了尖峰电压,又选择了内阻更小的MOS管,使在开关过程中管子本身的压降降低。同时合理选择的散热器。

  经过这样处理后,重新实验,让整个电源正常工作后,加大负载到满负荷工作,MOS管发热始终没有超过50°,应该是比较理想。

  在用示波器测试过程中,要特别注意这两个测试点的波形,在逐步升高输入电压的时候,如果发现峰值电压或者峰值电流超过设计范围,并注意MOS管发热情况,如果异常,应该立刻关闭电源,查找原因所在,防止MOS管损坏。

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  031是一款可调输出非同步2 MHz SEPIC / boost控制器,用于驱动外部N沟道MOSFET。该器件采用峰值电流模式控制和内部斜率补偿。该IC集成了一个内部稳压器,为栅极驱动器提供电荷。 保护功能包括内部设置软启动,欠压锁定,逐周期电流限制和热关断。 其他功能包括低静态电流睡眠模式和微处理器兼容使能引脚。 特性 优势 具有内部斜率补偿的峰值电流模式控制 宽输入电压和负载范围内的良好瞬态响应 1.2 V 2%参考电压 准确的电压调节 2 MHz固定频率操作 卓越的瞬态响应,较小尺寸的滤波元件,基频高于AM频段 宽输入电压范围3.2 V至40 V,45 V负载转储 适用于各种应用 输入Und ervoltage Lockout(UVLO) 禁用欠压条件下的启动 内部软启动 减少启动期间的浪涌电流 睡眠模式下的低静态电流 非常低的关闭状态电流消耗 逐周期电流限制保护 防止过电流情况 打嗝模式短路保护(SCP) 防止短路故障 热关断(TSD) 热保护IC 应用 终端产品 启动 - 停止系统 SEPIC(非反相降压 - 升压),升压,反激...

  1-1是一款可调输出,同步降压控制器,可驱动双N沟道MOSFET,是大功率应用的理想选择。平均电流模式控制用于在宽输入电压和输出负载范围内实现非常快速的瞬态响应和严格调节。该IC集成了一个内部固定的6.0 V低压差线性稳压器(LDO),为开关模式电源(SMPS)底栅驱动器提供电荷,从而限制了过多栅极驱动的功率损耗。该IC设计用于在宽输入电压范围(4.5 V至40 V)下工作,并且能够在500 kHz下进行10至1次电压转换。其他控制器功能包括欠压锁定,内部软启动,低静态电流睡眠模式,可编程频率,SYNC功能,平均电流限制,逐周期过流保护和热关断。 特性 优势 平均电流模式控制 快速瞬态响应和简单的补偿器设计 0.8 V 2%参考电压 可编程输出电压的严格公差 4.5 V至40 V的宽输入电压范围 允许通过负载突降情况直接调节汽车电池 6.0 V低压差线性稳压器(LDO) 耗材栅极驱动器的内部电源 输入UVLO(欠压锁定) 在欠压条件下禁用启动 内部软启动 降低浪涌电流并避免启动时输出过冲 睡眠模式下1.0μA的最大静态电流 睡眠电流极低 自适应非重叠...

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  代初级侧调节(PSR)和高度集成的PWM控制器提供多种功能,以增强低功耗反激式转换器的性能。 FSEZ1317WA的专有拓扑结构TRUECURRENT®可实现精确的CC调节,并简化电池充电器应用的电路设计。与传统设计或线性变压器相比,可以实现低成本,更小,更轻的充电器。为了最大限度地降低待机功耗,专有绿色模式提供关断时间调制,以在轻载时线性降低PWM频率条件。绿色模式有助于电源满足节能要求。 通过使用FSEZ1317WA,可以用很少的外部元件实现充电器并降低成本。 特性 30mW以下的低待机功率 高压启动 最少的外部元件计数 恒压(CV)和恒流(CC)控制无二次反馈电路 绿色模式:线性降低PWM频率 固定频率为50kHz的PWM频率以解决EMI问题 CV模式下的电缆补偿 CV中的峰值电流模式控制模式 逐周期电流限制 V DD 使用Auto Restar进行过压保护t V DD 欠压锁定(UVLO) 栅极输出最大电压钳位在15V 自动重启固定过温保护 7导联SOP 应用 电子书阅读器 外部AC-DC商用电源 - 便携消费型 外部AC-D...

  度集成的PWM控制器具备多种功能,可增强低功率反激转换器的性能.FSEZ1016A专有的拓扑简化了电路设计,特别是电池充电器应用中的电路设计。与传统设计或线性变压器相比,它成本更低,尺寸更小,具有更轻的充电器。启动电流仅为10μA,允许使用大启动电阻以实现进一步的节能。为了最大限度地降低待机功耗,专有绿色模式提供了关断时间调制,以在轻载条件下线性降低PWM频率。绿色模式有助于电源达到节电要求。通过使用FSEZ1016A,充电器可以用极少的外部元件和最低的成本来完成.FSEZ1016A系列控制器提供7引脚SOIC封装。 特性 恒压(CV)和恒流(CC)控制( 通过飞兆专有的TRUECURRENT™技术实现精准恒定电流 绿色模式功能:线 kHz的固定PWM频率(采用跳频来解决电磁干扰问题) 恒压模式下的电缆补偿 低启动电流:10μA 低工作电流:3.5 mA 恒压模式下的峰值电流模式控制 逐周期限流 V DD 过压保护(带自动重启) V DD 欠压锁定(UVLO) 带闩锁的固定过温保护(OTP) 采用SOIC-7封装 应用 ...

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  39 USB供电(PD)控制器是一种同步降压升压,经过优化,可将电池电压或适配器电压转换为笔记本电脑,平板电脑和台式机系统以及使用USB的许多其他消费类设备所需的电源轨PD标准和C型电缆。与USB PD或C型接口控制器配合使用时,NCP81239完全符合USB供电规范。 NCP81239专为需要动态控制压摆率限制输出电压的应用而设计,要求电压高于或低于输入电压。 NCP81239驱动4个NMOSFET开关,允许其降压或升压,并支持USB供电规范中指定的消费者和供应商角色交换功能,该功能适用​​于所有USB PD应用。 USB PD降压升压控制器的工作电源和负载范围为4.5 V至28 V. 特性 优势 4.5 V至28 V工作范围 各种应用的广泛操作范围 I2C接口 允许uC与设备连接以满足USB-PD电源要求 将频率从150 kHz切换到1200 kHz 优化效率和规模权衡 过渡期间的压摆率控制 允许轻松实施USB-PD规范 支持USB-PD,QC2.0和QC3.0配置文件 过电压和过流保护 应用 终端产品 消费者 计算 销售点 USB Type-C USB PD 桌面 集线器 扩展...

  1是一款高效的单相同步降压开关稳压控制器。凭借其集成驱动器,ADP3211经过优化,可将笔记本电池电压转换为高性能英特尔芯片组所需的电源电压。内部7位DAC用于直接从芯片组或CPU读取VID代码,并将GMCH渲染电压或CPU核心电压设置为0 V至1.5 V范围内的值。 特性 优势 单芯片解决方案。完全兼容英特尔®IMVP-6.5 CPU和GMCH芯片组电压调节器规格集成MOSFET驱动器。 提高效率。 输入电压范围为3.3V至22V。 提高效率。 最差±7mV -case差分感应核心电压误差超温。 提高效率。 自动节电模式可在轻负载运行期间最大限度地提高效率。 提高效率。 软瞬态控制可降低浪涌电流和音频噪声。 当前和音频缩减。 独立电流限制和负载线设置输入,以增加设计灵活性。 改进设计灵活性ity。 内置电源良好屏蔽支持电压识别(VID)OTF瞬变。 提高效率。 具有0V至1.5V输出的7位数字可编程DAC。 提高效率。 短路保护。 改进保护。 当前监听输出信号。 提高效率。 这是一款无铅设备。完全符合RoHS标准和32引...

  49是一款单相同步降压稳压器,集成了功率MOSFET,可为新一代计算CPU提供高效,紧凑的电源管理解决方案。该器件能够在带SVID接口的可调输出上提供高达14A TDC的输出电流。在高达1.2MHz的高开关频率下工作,允许采用小尺寸电感器和电容器,同时由于采用高性能功率MOSFET的集成解决方案而保持高效率。具有来自输入电源和输出电压的前馈的电流模式RPM控制确保在宽操作条件下的稳定操作。 NCP81149采用QFN48 6x6mm封装。 特性 优势 4.5V至25V输入电压范围 针对超极本和笔记本应用进行了优化 支持11.5W和15W ULT平台 符合英特尔VR12.6和VR12.6 +规格 使用SVID接口调节输出电压 可编程DVID Feed - 支持快速DVID的前进 集成栅极驱动器和功率MOSFET 小外形设计 500kHz~1.2MHz开关频率 降低输出滤波器尺寸和成本 Feedforward Ope输入电源电压和输出电压的比例 快线瞬态响应和DVID转换 过流,过压/欠压和热保护 防止故障 应用 终端产品 工业应用 超极本应用程序 笔记本应用程序 集成POL U...

  41单相降压解决方案针对Intel VR12.6兼容CPU进行了优化。该控制器结合了真正的差分电压检测,差分电感DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位,为台式机和笔记本电脑应用提供精确调节的电源。单相控制器采用DCR电流检测,以降低的系统成本提供对动态负载事件的最快初始响应.NCP81141集成了内部MOSFET驱动器,可提高系统效率。提供高性能操作误差放大器以简化系统的补偿。获得专利的动态参考注入无需在闭环瞬态响应和动态VID性能之间进行折衷,从而进一步简化了环路补偿。获得专利的总电流求和提供高精度的数字电流监控。 应用 终端产品 基于工业CPU的应用程序 信息娱乐,移动,自动化,医疗和安全 电路图、引脚图和封装图...

  47是一款单相解决方案,具有差分相电流检测,同步输入,远程接地节能操作和栅极驱动器,可提供精确调节的电源。自适应非重叠栅极驱动和省电操作电路为服务器,笔记本和台式机系统提供低开关损耗和高效率解决方案。提供高性能操作误差放大器以简化系统的补偿。 NCP81147还具有软启动序列,精确的过压和过流保护,用于电源轨的UVLO和热关断。 特性 优势 内部高性能运算放大器 简化系统补偿 集成MOSFET驱动器 节省空间并简化设计 热关机保护 确保稳健的设计 过压和过流保护 确保稳健设计 省电模式 在轻载操作期间最大限度地提高效率 支持5.0 V至19 V输入 5.0 V至12 V操作 芯片使能功能通过OSC引脚 保证启动进入预充电负载 内部软启动/停止 振荡器频率范围为100 kHz至1000 kHz OCP准确度,锁定前的四次重入时间 无损耗差分电感电流检测 内部高精度电流感应放大器 20ns内部栅极驱动器的自适应FET非重叠时间 Vout从0.8V到3.3 V(5V,12V VCC) 热能补偿电流监测 ...

  0是一款单相解决方案,具有差分相电流检测,同步输入,远程接地节能操作和栅极驱动器,可提供精确调节的电源。自适应非重叠栅极驱动和省电操作电路为服务器,笔记本和台式机系统提供低开关损耗和高效率解决方案。提供高性能操作误差放大器以简化系统的补偿。 NCP5230还具有软启动序列,精确的过压和过流保护,用于电源轨的UVLO和热关断。 特性 高性能误差放大器

  内部软启动/停止 0.5%内部电压精度,0.8 V基准电压 OCP精度,锁存前四次重入时间无损差分电感电流检测内部高精度电流检测放大器振荡器频率范围100 kHz 1000 kHz 20 ns自适应FET内部栅极驱动器非重叠时间 5.0 V至12 V操作支持1.5 V至19 V Vin Vout 0.8 V至3.3 V(具有12 VCC的5 V电压)通过OSC引脚实现芯片功能锁存过压保护(OVP)内部固定OCP阈值保证启动预充电负载 热补偿电流监控 Shutdow n保护集成MOSFET驱动器集成BOOST二极管,内部Rbst = 2.2 自动省电模式,最大限度地提高光效率负载运行同步功能远程地面传感这是一个无铅设备 应用 桌面和服务器系统 电路图、引脚图和封装图...

  0是一款PWM器件,设计用于宽输入范围,能够产生低至0.6 V的输出电压.NCP3030提供集成栅极驱动器和内部设置的1.2 MHz(NCP3030A)或2.4 MHz( NCP3030B)振荡器。 NCP3030还具有外部补偿跨导误差放大器,内置固定软启动。保护功能包括无损耗电流限制和短路保护,输出过压保护,输出欠压保护和输入欠压锁定。 NCP3030目前采用SOIC-8封装。 特性 优势 输入电压4.7 V至28 V 从不同输入电压源调节的能力 0.8 V +/- 1.5%参考电压 能够实现低输出电压 1200 kHz操作(NCP3020B - 2400 kHz) 高频操作允许使用小尺寸电感器和电容器

  1A驱动能力 能够驱动低Rdson高效MOSFET 电流限制和短路保护 高级保护功能 输出过压和欠压检测 高级保护功能 具有外部补偿的跨导放大器 能够利用所有陶瓷输入和输出电容器 集成升压二极管 减少支持组件数量和成本 受管制的软启动 已结束软启动期间的环路调节可防止任何尖峰或下垂 AEC-Q100和PPAP兼容(NCV3030) 适用于汽车应用 应用 终端产品 ...