理解功率MOSFET的UIS及雪崩能量:第二篇

2017年07月17日 11:07    小融一号

在去耦的EAS测量电路中,当测试的功率MOSFET和控制管同时关断时,由于MOSFET的D、S之间有寄生电容CDS,因此在二极管导通续流时,电感L和CDS形成谐振回路,L的电流降低使CDS上的电压上升,直到电感的电流为0时,续流二极管D自然关断,电感L中储存的能量应该全部转换到CDS中。

如果电感L=0.1mH,IAS=10A,CDS=1nF,理论上,电压VDS为:



代入数值解得:VDS=3100V。


这样高的电压值是不可能的,那么为什么会有这样的情况?从实际的工作原理来看,MOSFET的D、S内部相当于一个反并联的二极管。当这个二极管两端加上反向电压,因此其工作在反向工作区,随着VDS增加,高过BVDSS,增加到接近于对应二极管的钳位电压时,VDS的电压就不会再明显的增加,而是维持在钳位电压值基本不变,如图2所示。此时,MOSFET工作于雪崩区,最大的平台钳位电压就是雪崩电压。


MOSFET发生雪崩时一定要经历平台电压,也就是所谓的电压钳位或电压砍头。从图2可以看到,在关断的过程中,由于雪崩能量大于MOSFET所能承受的最大值,MOSFET发生损坏击穿,VDS电压迅速下降到0,电感由于没有反向去磁电压,因此缓慢的下降到0。


在测试的过程中,通常从一定的初始电流开始测量,这个初始电流值基于设计的定义或以前的经验,如果没有这些值,那就从较低的电流值如1A开始测量。由于测量的电路中电感值是确定的,电源的电源也是确定的,因此控制MOSFET的导通时间就可以控制电感的最大电流。


从初始电流值开始测量,比如从1A开始测量,如果MOSFET在关断过程中没有损坏,那么等MOSFET的温度完全冷却到常温后,增加导通的脉冲宽度,将电感的最大电流增加到2A测量,如此反复,直到MOSFET发生损坏,就可以得到单脉冲的雪崩电流及雪崩能量。


雪崩电压是正温度系数,当MOSFET内部的某些单元温度增加,其耐压值也增加,因此,那些温度低的单元自动平衡,流过更多的电流以提高温度从而提高雪崩电压,在去磁期间,雪崩电压将随温度的增加而变化。


另外,测量的单脉冲雪崩电流及雪崩能量值依赖于雪崩电压、电感值,工作的温度、以及关断速度。


测量得到实际的单脉冲雪崩电流及雪崩能量值后,如何确定数据表中标称的单脉冲雪崩电流及雪崩能量值?


通常将实际测量的单脉冲雪崩电流及雪崩能量值降额20%或30%,也就是实际测量的80%或70%,作为数据表中标称的单脉冲雪崩电流及雪崩能量值。



在生产的过程中,单脉冲雪崩电流及雪崩能量值是100%的全检值,也就是每一个功率MOSFET使用标称的雪崩电流进行测试,然后测量其相关的参数,如果正常,则为合格产品,如果不正常,则被去除掉。


生产线上可以看到有一个专门的工位和仪器,测量功率MOSFET单脉冲雪崩电流及雪崩能量,如图3所示。


UIS及雪崩能量的后续内容,请继续关注推送。


上篇回顾:理解功率MOSFET的UIS及雪崩能量:第一篇

——文章来源:松哥电源


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