有些有经验的人会将检测延迟时间、CISS对OCP实际
发布时间:2019-04-26 00:14

  mos管是金属(metal)氧化物(oxide)半导体(semiconductor)场效应晶体管,或者称是金属绝缘体(insulator)半导体。mos管的source和drain是可以对调的,他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下,这个两个区是一样的,即使两端对调也不会影响器件的性能。这样的器件被认为是对称的。

  mos管的工作原理(以N沟道增强型mos场效应管)它是利用VGS来控制“感应电荷”的多少,以改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况,然后达到控制漏极电流的目的。在制造管子时,通过工艺使绝缘层中出现大量正离子,故在交界面的另一侧能感应出较多的负电荷,这些负电荷把高渗杂质的N区接通,形成了导电沟道,即使在VGS=0时也有较大的漏极电流ID。当栅极电压改变时,沟道内被感应的电荷量也改变,导电沟道的宽窄也随之而变,因而漏极电流ID随着栅极电压的变化而变化。

  不过现实中,耗尽型的类型很少,而P沟道也比较少,最多的就是N沟道增强型mosFET,也就是增强型N-mosFET。

  大部分mos管的外观极其类似,常见的封装种类有TO252,TO220,TO92,TO3,TO247等等,但具体的型号有成千上万种,因此光从外观是无法区分的。对于不熟悉型号,经验又比较少的人来说,比较好的方法就是查器件的datasheet(pdf格式,一般是英文),里面会详细告诉你,它的类型和具体参数,这些参数对于你设计电路极有用。

  我们区分类型,一般就是看型号,比如IRF530,IRF540,IRF3205,IRPF250等这些都是很常见的增强型N-mosFET,而对应的IRF9530,IRF9540就是增强型P-mosFET,耗尽型的两种,我至今还没在实际电路中看到过具体的器件。

  结型管(J-FET)与mosFET并不互相包含,反而是并列关系,这两种是场效应管的两种类型,而JFET也可以分成N-JFET和P-JFET两种,像2SK117,2SK596都是常见的N-JFET型号,不过P-JFET的具体型号我还没见过,一般都融入了集成电路设计(IC设计)中。

  无论N型或者P型mos管,其工作原理本质是一样的。mos管是由加在输入端栅极的电压来控制输出端漏极的电流。mos管是压控器件它通过加在栅极上的电压控制器件的特性,不会发生像三极管做开关时的因基极电流引起的电荷存储效应,因此在开关应用中,mos管的开关速度应该比三极管快。

  Nmos的特性:Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到一定电压(如4V或10V, 其他电压,看手册)就可以了。

  Pmos的特性:Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是,虽然Pmos可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用Nmos。

  mos管的source和drain是可以对调的,他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下,这个两个区是一样的,即使两端对调也不会影响器件的性能。这样的器件被认为是对称的。

  目前在市场应用方面,排名第一的是消费类电子电源适配器产品。而mos管的应用领域排名第二的是计算机主板、NB、计算机类适配器、LCD显示器等产品,随着国情的发展计算机主板、计算机类适配器、LCD显示器对mos管的需求有要超过消费类电子电源适配器的现象了。

  第三的就属网络通信、工业控制、汽车电子以及电力设备领域了,这些产品对于mos管的需求也是很大的,特别是现在汽车电子对于mos管的需求直追消费类电子了。

  1:雪崩失效(电压失效),也就是我们常说的漏源间的BVdss电压超过mosFET的额定电压,并且超过达到了一定的能力从而导致mosFET失效。

  2:SOA失效(电流失效),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。

  到底什么是雪崩失效呢,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我们电源板上的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,那么到底我们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,我们可以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。

  4:大电流布线尽量采用粗、短的布局结构,尽量减少布线:选择合理的栅极电阻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氧化层限制而导致的热击穿模式。

  我们电源上的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。

  这个是一个非典型的SOA导致失效的一个解刨图,由于去过铝,可能看起来不那么直接,参考下。

  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RSENSE电阻。有些有经验的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)。它到底有什么影响呢,我们看下面FLYBACK电流波形图(图形不是太清楚,十分抱歉,建议双击放大观看)。

  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。

  3:合理的热设计余量,这个就不多说了,各个企业都有自己的降额规范,严格执行就可以了,不行就加散热器。