功率器件——MOSFET的雪崩耐量机理与扩展
引言
雪崩耐量是功率器件性能评估的关键指标，那么什么是雪崩耐量呢？即向半导体的接合部施加较大的反向衰减偏压时，电场衰减电流的流动会引起雪崩衰减，此时元件可吸收的能量称为雪崩耐量，表示施加电压时的抗击穿能力。它对步进电机，开关电源等终端产品的安规及可靠性有着紧密的影响。新洁能是国内为数很少的、拥有自主半导体器件工艺设计能力的功率集成电路设计公司，显著区别于只能采用晶圆厂标准工艺制程的一般设计公司。新洁能应用团队从功率器件的雪崩原理入手详细为大家介绍以下几点（MOSFET的雪崩耐量机理与扩展）：
1、雪崩击穿的原理与介绍；
2、单脉冲雪崩与重复雪崩的测试原理有什么不同；
3、雪崩击穿失效机理是什么；
4、如何在应用设计中提升电路的抗雪崩能力；
一、雪崩击穿的原理与介绍
当功率器件PN结的反向电压增大到某一数值后，半导体内载流子通过碰撞电离开始倍增，这一现象与宏观世界中高山雪崩是很像的，所以我们称之为雪崩击穿。
功率器件并不是触发雪崩就会损坏的，而是对雪崩能量有一定的承受能力，称之为雪崩耐量，一般从以下两个特性来考量某个功率器承受的雪崩耐量的强弱，分别是：
1、单脉冲雪崩耐量；
2、重复雪崩耐量。
二、单脉冲雪崩与重复雪崩的测试原理
单脉冲雪崩
图1给出了单脉冲雪崩测试的原理图，对待测器件的Gate极施加开启信号，器件导通，电流从器件的沟道通路流通对电感L储能；当单脉冲结束，驱动信号由高电平变为低电平，Gate关闭，此时电感能量泄放于器件上。
（图1）
图2给出了单脉冲雪崩测试几个关键位置结点的示波器波形图，可以看到当器件Gate电压Vgs从高变低后，器件的漏端电压瞬时升高到雪崩电压，击穿器件，一直持续到电感能量在数微秒时间内完全泄放完毕。
Test Condition:
L=0.50mH,Vd=40.0V,Vgon=10.0V,Vgoff=0.0V,
Rg=25ohm,TestMode=Mode2
（图2）
雪崩泄放的总能量由以下公式可得知：
其中：
因为在实际的测试中，我们通常会固定L和VIN的值，所以我们只要通过不断增大脉宽宽度TPulse，测得器件不损坏的最大雪崩耐量即为所测器件的EAS值。
重复雪崩耐量
图3给出了重复雪崩测试的原理图，对待测器件的Gate施加周期性开关信号，通过器件反复开关，周期性对电感储能，并通过器件雪崩释放能量。对于重复雪崩，每次发生雪崩的能量要比EAS小很多，但重复累加的能量会比单脉冲雪崩多很多，所以芯片结温和管壳温度都会升高，当芯片结温达到Tjmax时，即为所测器件的EAR最大值。
（图3）
三、雪崩击穿的失效机理
虽然当功率器件承受的雪崩耐量超过极限后，芯片都会发生损坏，但是单脉冲雪崩与重复雪崩的失效机理却并不相同。
在单脉冲雪崩发生时，持续的时间一般在微秒量级，我们发现由于热容的存在，瞬时热量不足以传递到芯片引线框和封装体，所以雪崩击穿位置的温度会急剧上升，当超过芯片内部PN结极限温度(约200℃)时，芯片会存在过热击穿损坏。单脉冲雪崩的极限温度限制是PN结的热击穿温度，而非器件手册标称的最高工作温度Tjmax(150℃)。重复雪崩的失效机理主要有两种，一种是重复雪崩过程中芯片结温超过Tjmax而带来的器件损坏；另一种表现为在重复雪崩老化过程中，由于热载流子效应而带来的器件参数漂移，这是一个缓慢退化的过程，图4，图5给出了器件在雪崩击穿后局部的损坏形貌。
（图4）
（图5）
四、如何在应用中提升器件雪崩能力
雪崩耐量是功率器件关键指标，我们以开关电源举例，在反激式开关电源中一般都会配置RCD吸收回路来抑制雪崩发生（如图6，图7）。
（图6）
（图7）
RCD的工作过程，是当MOS管导通，电压流过变压器初级线圈，对线圈充电，当MOS管关闭后，电感产生反电动势，变压器次级通过二极管输出电压，由于初级线圈有漏感，不能全部转移到次级，多余的能量就会和电源电压叠加，产生VDS尖峰电压，尖峰电压通过二极管对电容充电，在MOS再次导通时，电容上的电压通过电阻放电，把多余的能量通过电阻消耗掉，RCD的一个工作周期完成，继续循环下一个周期。
我们以开关电源原边侧功率管的DRAIN波形为例（绿色），如图8是未增加RCD回路的VDS尖峰波形，尖峰电压596V，图9为增加RCD回路的VDS尖峰波形，尖峰电压560V,可以看到尖峰电压有了明显改善，整个系统的雪崩能力也得到了提高，可靠性大幅增强，所以我们选择雪崩耐量优异的分立器件或与之匹配的吸收回路是与整个电源系统可靠性紧密相关的。
（图8）
（图9）
- |
- +1 赞 0
- 收藏
- 评论 0
本文由ll转载自NCE（无锡新洁能股份有限公司公众号），原文标题为:功率器件-MOSFET的雪崩耐量机理与扩展，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。
相关研发服务和供应服务
相关推荐
解读SiC MOSFET关键参数——Rds(on)
当代电子技术的发展不仅需要高效性能，还需要可靠和可持续的解决方案。而SiC MOSFET作为一种新型的功率器件，正在引领着未来能源转型的浪潮。今天，我们要聊的主角是碳化硅MOSFET中的一个关键参数——Rdson，这个参数的优化，就像是在节能减排的长跑中，为我们的电动汽车、可再生能源系统换上了更轻盈的跑鞋。
分立器件产品在开关电源上的应用
本文合科泰电子来为大家介绍分立器件产品在开关电源上的应用，希望对各位工程师朋友有所帮助。作为一家专业分立器件厂商，合科泰能为电源产品提供高质量、可靠性高且稳定的产品，如整流桥GBU410、高压MOS管HKTD7N65、中低压MOS管HKTD80N06、快恢复二极管RS2M和超快恢复二极管ES2MF、肖特基SS510等。
中逸光开关电源模块商品有什么优点？
开关电源模块是将开关电源上的吸收合并电子器件开展模块化设计封装，进而产生容积更小、功率更高的模块电源。其內部电源电路都是开关电源。我们中逸光开关电源模块商品有什么优点呢？
华润微电子（CRM ICBG）功率器件选型指南
描述- 华润微电子功率器件事业群（Power Device Business Group，简称PDBG）是华润微电子旗下全面负责功率器件设计、研发、制造与销售服务的业务单元。其下设有中低压MOS产品线，高压MOS产品线，IGBT产品线，特种器件产品线和模块产品线。拥有CRMICRO、华晶和IPS三个功率器件自主品牌。
型号- CRSM076N04N2Z,CRXB10D065G2,CRTD080N02U2-G,CRMV0318D,CRTT048N08N,CRG75T60AK3SD,CRTS030N04L,CS4N90FA9HD,CRJL99N65G2,CS630FA9H,CRTS025N04L2-G,CRXQ40D065G2,CS4N80ARHD-G,CS630FA9R,CR7N60A4K,CS55N10AQ3-G,3DG3001A1-H,CS16N06AE-G,CS45N06A3,CRMM4976C,CRTK055N03L2P,CS45N06A4,CRTS150N15N,CS5N20A4,CS5N20A3,CS7N70A4R-G,CRGMF800T120DS1AH,CRJW125N60G2F,CRGMF50T120FSC,CS12N70FA9H,CRG30T65A05SDZ,CS50N20ANR,CRJT99N65G2,2CR60K60AND,CRXQF60M065G1,CRTD370P10L,CRSS056N07N,CR7N60A3K,CS460FA9H,CRGMP40T120DV2A3,CRG75T60AK3H,CRJQ30N60G2F,CRJF550N65G2,D92-02,CRTD055N03L,CS24N60ANR,CRM50TD04R1,CRMM4978C,CRTT056N06N,CS5N60A3H,CS4N65A3R,CRST113N20N,2CR15K120A8C,CRG75T65BK5HD,CRXB20D120G2,CRTT019N03L2-G,CRM50TA04E1,CRTH105N06L,CR2N60A4K,CS10N40A8R,CRMR0410D,CRG MA450T65DSP2A5,CRSY030N04L2Q,HGQ01N04A-G,CRXBD20D065G2,CRSM055N04N2Z,CRTD028N03L2-G,CRJT74N60G2BF,CRST100N06L2,CR16N60FA9K,CS4N65A4R,CRXI12D065G2,HPA800R750PD-G,HPA700R320PC-G,2CR106A8C,CRJT380N65G2,CS4N65A4D,CS21N06A3,CS6N120FA9R-G,CRMM4953D,CRG08T60A93L,CS14N25A4R,CS21N06A4,CRTM025N03L,HPF800R300PD-G,CR2N60A3K,CRRT20L60A,HPD800R1K4PD-G,CR4N60FA9K,CRJQ41N65GCFQ,CS10N045AE-G,CS14N25A8R,CRSS020N08N3Z,CS2837AND,CS8N70FA9RD,CRG40T65AN5H,CRM15QN600S,CS4N80A3HD,CRTT039N08N,CRNT080C65,CRRS40L100A,CRNT200C65AX,CRJF1K2N70G2,HGE055NE4A,CRSZ020N08NZ,CS240N06A0,CS60N12A8,CS240N06A8,CRG25T120BK3SD,CS9N20FA9R,CRSS049N07N,CRSD090N12N,CRTS084NE6N,CRJD1K2N65G2,CRST052N07N,CRG75T65AK5SCD,CRST020N06N2,CRJF74N60G2F,CR6N70FA9K,CRJQ60N65G2BF,CRG75T65AQF5HD,2CR086AC,CS6N90ARH-G,CS10N50A8R,CRXQF160M120G2Z,CS13N50FA9R,CRG50T60AK3HD,2CR108A8C,CS6N40A3R,CRTD080N02S2-G,CS13N50FA9H,CRRT30L45A,CRXMF450P120PDG2AQ,CRXX40M120G2Z,CS2N60FA9H,CRG75T65AK5HC,CRM50TD06R1,CRG75T65AK5HD,CS18N50FA9R,CRJF850N65GC,CRXF08D065G2,CRG15T60A83L,CRSM038N10N4,CRSM120N10L2,CRXU10D120G2,CRJD650N65G2,CS2N60FA9R,CRJB1K4N70G2E,HGQ024N04A,CS17N10A3,CS17N10A4,CS6N40A4R,CRG40T120CK3LDQ,CRSM033N08N4,CRSM105N15N3,HPP800R300PD-G,CRG15T120BNR3S,CRM50TA06E1,CRM60GH15E4,CS5N50FA9R,2CR40K120ABC,CRTD360N10L,3DD4520A3,CRXQ60M065G1,3DD4520A4,CS10N40A4R,CS7N80FA9RZ-G,3DD4520A6,HGQ014N04A-G,CRJL99N65G2F,CRJD900N70G2E,CRST072N12N,CRJQ41N65G2BF,CRJF340N65G2,CRSM058N08N3,CR4N50FA9K,CRRS40L45A,CRSM080N10L2,CRMM4840D,CS5N90A8R,CRST073N15N,CRTS032N06N,CRTE080P03L2P,CS10N50FA9R,CRRT20L120A,CRXI20D065G2,CRJS190N65GCF,CRGMF600T120DVDAH,CRJD650N65GC,CS10N40A3R,CRXI08D065G2,HPF800R450PD-G,CS730A3RD,CR12N60A8K,2CZ20100A8S,CRXU20D065G2,CRTD10DN10L,CS/CRX(XX)NX(XX)(F)AX(X)(D)(Y)□,CRSM046N04N2Z,CS100N03A4-G,CS25N50ANR,CRSQ23N10N4Z,CRXU15D120G2,CR6N70A3K,CRG25T120BKR3S,CRG25T120AK3SD,CRNQ050C65,CRJF600N70G2,CS640FA9H,CS7N80FA9R,3DD4540A9,CRM10QT500S,CRMM6602C,CS30N25A8R,CS40N25FA9R,CRTD052N02S2-G,2CZ20100A8,3DD4518A3D,CRTD028N04L2-G,3DD4540A3,CRTK060P02S2P,CRJD440N70G2,CRXF16D065G2,CRMB0301C,CRSS109N20N,HPD700R320PC-G,CS150N03D8,3DD4540A7,CRST033N08N,CRRA10L100B□,CRTM021N04L2-G,CR6N70A4K,CRXU30D120G2,CRSM080N10N4,CS6N120AKR-G,CRXSP1KM170G1,HPU800R750PD-G,CS830A4RD,CRXQ17M120G1,CRJT065N60G3F-G,HPA600R600PC-G,CRXQF40M120G2Z,CRTT095N12N,CRSG022N10N4Q,CS6N90ARR,CRJF190N65GCF,CRXQF40M120G2Q,CRSG022N10N4Z,CRRT30L100B,CRXQ16D065G2,CRRT30L100A,CRXQ160M120G2Z,CRTD045N03L,CRTT067N10N,CRMM9926,CRJF065N60G3F-G,CRJS750N70G2,CRJH750N70G2,CRSZ025N10NZ,CS4N10AE-1,CRNF300C65,CRRF10L150A,CRTR550N06L,CRXI05D120G2,CRST041N08N,CRMV0604D,CRMD1002D,CS65N03AQ4-G,CS5N90A3R,CRRT20L45A,CRSM010N04L2,CRSS046N08N,CRJD360N70G2,CS10N80AND,CRST060N08N3,CS5N90A4R,CRRT20L100A,CRSM088N12N,CS150N03A8,CRJF99N65G2F,CRRT20L100B,CRTJ200N02U2-G,CS7N65ARD,CRJD900N70G2,2CR30K60A8C,2CR20K60A8C,CRSS109N20NZ,CRSS087N12N,CS5N65A7H,HPA800R1K4PD-G,CS7N10AQ2-1,CRTT088N10N,CS19N10A8,CRSD090N10N4Z,CRSM650N20N3,CRMM3907C,CRSQ027N10NZ,CS2R60A4RP-G,CS7N65ARR,CRTM084NE6N,CR7N60FA9K,CRSZ028N12N3Z,CRNF125C65,CRXI04D065G2,CRJD2KN70G2,CS3N150AHR,CRJS200N70G2,CRSS057N08N3,CRSM067N07N,CRSM072N10N2,CRJF99N65G2BF,CS5N65A8H,CRSS050N10N,CRJQ80N65F,CRME0308D,CS5N65A8R,2CR25K60A8C,CRGMS75T120DV3AH,HPD600R600PC-G,CS7N70B31R-G,CRXQ32D065G2,CRST053N10N,CS2N60A23H,CS3R50A4RP-G,CRG08T60A03L,CRTD125P06LQ,CS8N65A3R -G,CS60N03AQ4-G,CR20N60A8K,CS5N10AE-G-1,HPA800R900PD-G,CRSZ020N08N,CS32N045A4-G,CS6N65FA9,CRXQF17M120G1,CS5N20FA9,CRSY035N04N2Z,CRG75T65AQF5SD,CS8N25FA9R,CRG40T60AK3SDQ,CRTB550P06N2-G,2CR30K60AN,CS2N65A4HY,CRSS053N07N,CRSQ113N20N,CRTD039N04L2-G,CS10N80A8HD,CRJT125N60G2F,2CZ20100A9S,CS12N65A0R,CRST047N12N,CRMV0406D,HPD800R1K2PD-G,CS4N80A3R-G,CRJL190N65GC,CRXD06D065G2,CRM60XX05EAX-BD,HPA650R420PC-G,CRJL190N65G2,CS250N04A8,CS35N04A3-G,CRMB0322D,CRM60GJ15E4,CRJT390N65GC,CS3N90FA9R,CS90N03A3,CRSM054N04N2DZ,CS90N03A4,CS45N25FA9R,CRML0202D,CRSS052N08N3,2CZ20100A0S,CRXQ20D065G2,CS3N150AKR,CRJQ190N65GCF,CS40N25A8R,CRG75T65AK5SD,CRTM030N04L,CS20N60FA9H,CRSE120N10L2,CS3N90FA9H,2CR20K120A8C,CS3N30B23H,CRXQ45M065G1,CRMM3903C,CRXI02D120G2,CS20N60FA9R,CRSE095N06L2,CS24N04A4-G,CRXI15D120G2,CS2N60A3H-G,CRG40T65AK5SD,CRXB08D065G2,CS28N50ANR,CS6N120A8R-G,CRJQ41N65G2,CRTD680P10LQ,CRSE095N06L2A,CRXQ160M120G1,CRTE120N06L,CRJQ41N65GC,CS35N04A4-G,CRXQ3
CRMICRO功率器件在不间断电源（UPS）上的应用
目前变换电路频率的提高，使得用于滤波的电感、电容以及噪音、体积等大为减少，使UPS效率、动态响应特性和控制精度等大为提高；因此适用高频应用，且低功耗、可靠性强的电力电子开关器件将成为UPS未来核心需求。以在线式UPS为例，PFC部分应用HV-MOS/IGBT+FRD/SiC JBS；DC-DC部分应用LV-MOS；DC-AC部分应用IGBT。
【经验】电源控制芯片BD7682FJ用于高频反激式准谐振开关电源的设计原理和电路电流过零点检测过程
要实现高频化，必须降低开关损耗，软开关技术是一个减少开关损耗的重要方法，其通过谐振的方法将开关电源中开关MOSFET管的电压或电流按照正弦或准正弦的规律变化，使MOSFET管开通关断时损耗为零，从而提高开关频率。本文为用户介绍罗姆电源控制芯片BD7682FJ在高频准谐振反激式开关电源上设计应用的整体原理和控制电路电流过零点检测的过程。
上海贝岭“功率器件＆电源IC”在PD快充中的应用
USB-PD，英文全称为USB Power Delivery，是USB的标准化组织USB-IF推出的一个快速充电的标准。目前为止，我们现有的使用消费类产品大部分停留在USB-PD 3.0的时代。本文介绍上海贝岭“功率器件＆电源IC”在PD快充中的应用。
聚焦5G通信/新能源/光伏领域，功率器件厂商平伟实业授权世强硬创代理
根据协议内容，功率二极管、肖特基二极管、快恢复二极管、整流器件、整流二极管、整流桥、同步整流模块、MOSFET等全线产品均已上线世强硬创平台。
开关电源MOS管的8大损耗计算及6大选型原则
在器件设计选择过程中需要对MOSFET的工作过程损耗进行先期计算（所谓先期计算是指在没能够测试各工作波形的情况下，利用器件规格书提供的参数及工作电路的计算值和预计波形，套用公式进行理论上的近似计算）。本文介绍开关电源MOS的8大损耗计算与选型原则。
MOSFET-零温度系数点ZTC（Zero Temperature Coefficient）
开关电源应用中，功率MOSFET工作于开关状态，在截止区和完全导通的饱和区之间高频切换，由于在切换过程中要经过线性区，因此产生开关损耗。本文着重介绍MOSFET开关在线性区的微观动态过程中，容易忽视的一个概念-零温度系数点ZTC，围绕ZTC展开的相关状态讨论。
【选型】新洁能Super Trench MOSFET系列产品助力基站电源解决方案，全面提升器件的开关特性和导通特性
新洁能推出的Super-Junction MOSFET Gen.3＆Super Trench MOSFET系列产品在保持合理的功耗下将高能效发挥到极致，全面提升了器件的开关特性和导通特性。在优化供电的所有关键方面，通过功能性升级与工艺技术优化来降低总体成本。
4种常见栅极驱动电路，MOS管应用于开关电源的关键
MOS管因为其导通内阻低，开关速度快，因此被广泛应用在开关电源上。而用好一个MOS管，选择MOS管，其次驱动电路的设计就很关键。本文分享几种常用的驱动电路。
凌讯微MOS管在开关电源上的应用
开关模式电源（Switch Mode Power supply），交换式电源，开关变换器。是一种高频化电能转换装置，是电源供应器的一种。其功能是将一个位准的电压通过不同形式的架构转换为用户端所需的电压或电流。开关电源的输入多半是交流电源或直流电源，而输出多半需要直流电源的设备，例如个人电脑，开关电源就是进行两者之间电压及电流的转换。
电子商城
现货市场
服务
可定制电感最大电流100A，尺寸最小7 x 7 x 3.0mm到最大35 x 34 x 15.5 mm，工作频率100KHZ ~ 2MHZ，感值范围：0.15 ~ 100uh；支持大功率电感，扁平线电感，大电流电感，高频电感，汽车电感器，车规电感，一体成型电感等定制。
最小起订量： 5000 提交需求>
测试范围：扬兴晶振全系列晶体，通过对晶体回路匹配分析，调整频率、驱动功率和起振能力，解决频偏、不起振、干扰、频率错误等问题。技术专家免费分析，测完如有问题，会进一步晶振烧录/修改电路。
实验室地址： 深圳 提交需求>
授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
授权代理品牌：电源及模块
授权代理品牌：电子材料
授权代理品牌：仪器仪表及测试配组件
授权代理品牌：电工工具及材料
授权代理品牌：机械电子元件
授权代理品牌：加工与定制
我要提问
登录 | 立即注册
提交评论