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详解mos管原理及几种常见失效分析

2022-01-31 15:10分类:电子元器件 阅读:

 

  mos管是金属材料(metal)—金属氧化物(oxide)—半导体材料(semiconductor)场效晶体三极管,或是称是金属材料—导体和绝缘体(insulator)—半导体材料。mos管的source和drain是能够 互换的,她们基本都是在P型backgate中产生的N型区。在大多数状况下,这一2个区是一样的,即便 两边互换也不会危害元件的特性。那样的元件被觉得是对称性的。

  mos管—原理

  mos管的原理(以N断面加强型mos场效管)它是运用VGS来操纵“磁感应正电荷”的是多少,以更改由这种“磁感应正电荷”产生的导电性断面的情况,随后做到操纵漏极电流量的目地。在生产制造管道时,根据加工工艺使电缆护套中产生很多共价键,故在边界条件的另一侧能磁感应出较多的负电,这种负电把高渗残渣的N区接入,产生了导电性断面,即便 在VGS=0时还有很大的漏极电流量ID。当栅压工作电压更改时,断面内被检测的电荷量也更改,导电性断面的宽度也随着而变,因此漏极电流量ID伴随着栅压电流的变动而转变 。

详解mos管原理及几种常见失效分析  

  mos管—N型/P型

  mosFET能够 分为加强型和耗光型,每一种又可以分为N断面和P断面。

  但是现实生活中,耗光型的种类非常少,而P断面也非常少,数最多的便是N断面加强型mosFET,也就是加强型N-mosFET。

  绝大多数mos管的外型极为相近,普遍的封裝类型有TO252,TO220,TO92,TO3,TO247这些,但主要的型号规格有许多种,因而光从外表是不能划分的。针对不了解型号规格,工作经验又较为少的人而言,比较好的办法便是查元器件的datasheet(pdf格式,一般是英语),里边会具体对你说,它的类别和主要主要参数,这种主要参数针对你设计方案电源电路极有效。

  大家区别种类,一般便是看型号规格,例如IRF530,IRF540,IRF3205,IRPF250等这类基本都是很普遍的加强型N-mosFET,而相应的IRF9530,IRF9540便是加强型P-mosFET,耗光型的二种,我到现在还没有在具体线路中见到过实际的元器件。

  结型管(J-FET)与mosFET并不相互之间包括,反倒是并列关系,这2种是三极管的二种种类,而JFET还可以分为N-JFET和P-JFET二种,像2SK117,2SK596全是常用的N-JFET型号规格,但是P-JFET的型号规格我还没有见过,一般都加入了集成电路芯片设计方案(IC设计方案)中。  

  不管N型或是P型mos管,其原理实质是一样的。mos管是由加在键入端栅压的电流来调节輸出端漏极的电流量。mos管是压控元器件它根据加在栅压上的电流操纵元件的特点,不容易产生像三极管做电源开关时的因基极电流量导致的正电荷储存效用,因而在电源开关运用中,mos管的按钮速率应当比三极管快。

  详解mos管原理及几种常见失效分析

  Nmos的特点:Vgs超过一定的值便会通断,合适用以源极接地装置时的状况(中低端推动),只需栅压工作电压做到一定工作电压(如4V或10V, 别的工作电压,看指南)就可以了。

  Pmos的特点:Vgs低于一定的值便会通断,合适用以源极接VCC时的状况(高档推动)。可是,尽管Pmos能够 很便捷地作为高档推动,但因为通断电阻器大,价钱贵,更换类型少等缘故,在高档推动中,一般 或是应用Nmos。

  mos管—无效的6大缘故

  mos管的source和drain是能够 互换的,她们基本都是在P型backgate中产生的N型区。在大多数状况下,这一2个区是一样的,即便 两边互换也不会危害元件的特性。那样的元件被觉得是对称性的。

  现阶段在行业应用层面,排名第一的是消费性电子器件适配器商品。而mos管的主要用途排行第二的是计算机主板、NB、计算机专业电源适配器、LCD显示器等商品,伴随着基本国情的发展趋势计算机主板、计算机专业电源适配器、LCD显示器对mos管的要求有要超出消费性电子器件适配器的状况了。

  第三的就属通信网络、工业控制系统、汽车电子产品及其电气设备行业了,这种设备针对mos管的要求也是挺大的,尤其是如今汽车电子产品针对mos管的要求迎头赶上消费性电子器件了。

  详解mos管原理及几种常见失效分析

  下边对mos无效的因素汇总下列六点,随后对1,2关键开展剖析:

  1:山崩无效(工作电压无效),也就是人们常说的漏源间的BVdss工作电压超出mosFET的额定电流,而且超出做到了一定的功能进而造成 mosFET无效。

  2:SOA无效(电流量无效),既超过mosFET安全工作区造成无效,分成Id超过元器件规格型号无效及其Id过大,耗损过高元器件长期热累积而致使的无效。

  3:体二极管无效:在桥式、LLC等有效到体二极管开展续流的网络拓扑结构中,因为体二极管遭到影响而致使的无效。

  4:串联谐振无效:在串联应用的环节中,栅压及电源电路寄生参数造成 波动造成的无效。

  5:静电感应无效:在冬秋时节,因为身体及机器设备静电感应而致使的元器件无效。

  6:栅压工作电压无效:因为栅压遭到出现异常工作电压顶峰,而造成 栅压栅氧层无效。

  山崩失效分析(工作电压无效)

  究竟什么叫山崩无效呢,简易而言mosFET在电源板上因为母相电压、变电器反射面工作电压、漏感顶峰工作电压这些系统软件工作电压累加在mosFET漏源中间,造成 的一种失效模式。简单点来说便是因为便是mosFET漏源极的工作电压超出其要求工作电压值并做到一定的动能程度而致使的一种普遍的失效模式。

  下面图片为山崩检测的等效原理图,作为开关电源技术工程师能够 简易认识下。

  详解mos管原理及几种常见失效分析

  很有可能大家常常规定元器件生产商对大家电源板上的mosFET开展失效分析,大部分厂商都只是给一个EAS.EOS这类的结果,那麼究竟大家如何判断是不是山崩无效呢,下边是一张历经山崩检测无效的元器件图,我们可以开展比照进而明确是不是山崩无效。

  山崩无效的防范措施

  山崩无效说到底是工作电压无效,因而防止大家主要从工作电压来考虑到。实际还可以参照下面的方法来解决。

  1:有效调额应用,现阶段领域内的调额一般选择80%-95%的调额,详细情况依据公司的保修条款及电源电路侧重点开展选择。

  2:有效的变电器反射面工作电压。

  3:有效的RCD及TVS消化吸收电路原理。

  4:大电流量走线尽可能选用粗、短的布置构造,尽量避免走线内寄生电感器。

  5:挑选有效的栅压电阻器Rg。

  6:在大功率电阻中,能够按照需用适度的添加RC避震或齐纳二极管开展消化吸收。

  详解mos管原理及几种常见失效分析

  SOA无效(电流量无效)

  再简易说下第二点,SOA无效

  SOA无效就是指开关电源在运转时出现异常的大电流量和工作电压与此同时累加在mosFET上边,导致瞬间部分发烫而致使的影响方式。或是是集成ic与热管散热器及封裝不可以立即做到热力循环造成 热累积,不断的发烧使溫度超出空气氧化层限定而致使的击穿方式。

  有关SOA每个线的主要参数规定值能够 参照下面图片。

  详解mos管原理及几种常见失效分析

  1:受制于较大额定电压及浪涌电流

  2:受制于较大节温下的RDSON。

  3:受制于元器件较大的损耗输出功率。

  4:受制于较大单独浪涌电流。

  5:击穿电压BVDSS限制区

  大家开关电源上的mosFET,只需确保能元器件处在上边限制区的范畴内,就能合理的避开因为mosFET而致使的开关电源无效现象的造成。

  这个是一个非典型的SOA造成 无效的一个解刨图,因为来过铝,很有可能看上去不那麼立即,参照下。

  详解mos管原理及几种常见失效分析

  SOA无效的防范措施:

  1:保证 在最烂标准下,mosFET的全部输出功率限定标准均在SOA限定线之内。

  2:将OCP作用一定要做精准细腻。

  在开展OCP点设计方案时,一般有可能会取1.1-1.5倍电流量容量的技术工程师占多数,随后就依据IC的维护工作电压例如0.7V逐渐调节RSENSE电阻器。有一些有经历的人会将检验时间延迟、CISS对OCP具体的危害考虑到以内。可是这时有一个更需要了解的主要参数,那便是mosFET的Td(off)。它究竟有何不良影响呢,大家看下面FLYBACK电流量波形(图型并不是太清晰,十分很抱歉,提议双击鼠标变大收看)。

  详细说明mos管基本原理及几类普遍失效分析

  从图上能够看得出,电流量波型在快到电流量顶峰时,有一个下挫,这一下挫点后又有一段的增益值,这段时间其实质便是IC在检验到过流数据信号实行关拆断,mosFET自身也逐渐实行关闭,可是因为元器件自身的关闭延迟时间,因而电流量会有一个二次升高服务平台,假如二次升高服务平台过大,那麼在变电器容量设计方案不够时,就极有可能造成磁饱合的一个电流量冲击性或是电流量超元器件规格型号的一个无效。

  3:有效的热设计容量,这一就很少讲了,每个公司都会有自身的调额标准,严格遵守就可以了,不好就加热管散热器。

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