mos管的基本工作原理，mos管基本知识

MOS管概述

MOS管定义

MOS管学名是场效应管，是一种金属氧化物半导体场效应管，属绝缘栅型。

其结构图：

结构图分析

1）渠道

上图中，下部P型中间的细条是连接左右两个P型极的通道，因此MOS管在旋转时具有电阻特性。因此，其重要参数之一是导通电阻。 MOS管必须知道这个参数是否符合它的要求。

2) n型

上图显示的是p型MOS管，但是根据这个图就可以理解n型了。这也可以逆转。因此，不难理解，对n型的栅极施加正电压就会导通，对p型则相反。

3）增强

与耗尽模式相比，增强模式通过“加厚”导电沟道的厚度来进行传导，如图所示。栅极电压越低，当栅极电压达到阈值时，p型源极和漏极中的正离子离中心越近，n型衬底中的负离子离栅极越远。或压力下，p型自由正离子结合形成通道。这就是如图所示的效果。因此，很容易理解，栅极电压需要稍低才能导通，但电压越低，沟道越厚，导通电阻越低。这也是因为电场强度与距离的平方成正比，因此如果电场强到一定程度，由于电压降而导致的沟道增厚变得不那么明显。 “屈服于”n 型负离子。在耗尽型中，预先形成导电层，并通过使栅极变厚或变薄来控制源极和漏极之间的导通。但这种管材一般不生产，市场上也很少出现。所以通常我们谈论MOS管时，都会默认增强型。

4）对称性

照片的左右两侧是对称的。那么问题来了：我们如何区分源极和漏极？事实上，原则上，源极和漏极确实是对称且无法区分的。然而，在实际应用中，制造商通常会在源极和漏极之间连接一个二极管来进行保护。这样就固定了封装的实用性。我老师年轻的时候用的是mos管，没有二极管。由于它们因静电而非常脆弱，因此通常将它们放置在铁罐中，源极和漏极随意连接。

5）金属氧化膜

如图所示，这个薄膜是绝缘的，用于电气隔离，所以栅极只能形成电场，不能通过直流电，所以是通过电压来控制的。在直流电中，栅极、源极和漏极都是开路。不难理解，薄膜越薄，场效应越好，门槛电压越小，相同栅压下的导通能力越强。缺点是拆卸较容易，工艺难度较大，价格较贵。比如导通电阻是欧姆级别的，可以买一颗，但如果2402是10毫欧级别的，就要2元多了（批量购买，零售价4元左右） 。

6）与真实的差异

上图只是示意图；实际元件中，在源极和漏极之间添加了一个保护二极管以区分它们。实际零件中，p型管的情况下，板子接正电源，栅极已经处于比较负的电压，所以p型管的情况下，不需要没有向栅极施加负电压。可以通过接地来保证连续性。严格来说，这相当于提前形成了一条无法导电的通道。它的优点是显而易见的：施加时会留下负电压。

7) 寄生电容

4）选择MOS管的最后一步是确定MOS管的开关性能。

影响开关性能的参数有很多，最重要的是栅极/漏极、栅极/源极和漏极/源极电容。这些电容器每次开关时都会充电，从而在设备内产生开关损耗。从而导致MOS管的开关速度降低，器件效率也降低。要计算器件在开关过程中的总损耗，需要计算开通过程中的损耗（Eon）和关断过程中的损耗（Eoff）。

了解了MOS管的选择规则后，工程师就可以利用这些规则来选择所需的MOS管，从而使整个电路顺利运行。 MOS管出现故障，不会影响后续的工作或事务。

失败的原因和后果6

MOS管失效的原因：

1）雪崩故障（电压故障）。漏极和源极之间的BVdss电压超过MOSFET的额定电压，超过一定的容量而导致MOSFET失效。

2）SOA故障（电流故障），发生在MOSFET安全工作区域之外，可分为Id超出器件规格的故障和Id太大、损耗太大的故障。设备内部会长时间积聚热量。

3) 体二极管故障：桥、LLC 和其他使用体二极管进行续流的拓扑将因体二极管损坏而发生故障。

4）谐振干扰：并联使用时，门和电路的寄生参数会因振荡而产生干扰。

5）静电危害：从秋季到冬季，由于人和设备的静电而导致设备故障。

6) 栅极电压故障：栅极上的异常电压尖峰导致栅极氧化层失效。

具体分析如下。

1）雪崩失效分析（电压失效）

简单来说，雪崩失效是由于母线电压、变压器反射电压、漏感峰值电压等系统电压叠加在MOSFET的漏极和源极之间而在电源板上发生的MOSFET失效模式。换句话说，这是由于MOSFET的漏源电压超过规定电压值并达到一定能量极限而引起的常见故障模式。

下图是雪崩测试的等效电路图。如果您是电源工程师，这会很容易理解。

你可能要求设备制造商对电源板上的MOSFET进行故障分析，但大多数制造商只给出诸如EAS.EOS之类的结论。雪崩如果您测试故障设备的图表，则可以对其进行比较以确定是否是雪崩故障。

雪崩故障的预防措施

雪崩故障归根结底是电压故障，所以我们重点预防电压。详情请参考下面的解决方案。

1：采用合理的降额目前业界降额一般采用80%~95%的降额，具体情况根据公司的保修条款和电路关注点来选择。

2：合理的变压器反射电压。

3：合理的RCD和TVS吸收电路设计。

4：大电流走线尽量采用厚而短的布局结构，以尽量减少走线寄生电感。

5：选择合适的栅极电阻Rg。

6：对于大功率电源，如有需要可适当加RC减震器或稳压二极管进行吸收。

2）SOA故障（当前故障）

我简单解释一下第二点。 SOA 已禁用。

SOA故障是指电源工作时，异常大的电流和电压叠加在MOSFET上，导致瞬间、局部发热的击穿模式。或者，芯片、散热器和封装不能及时达到热平衡，热量不断积累，导致温度超过氧化层的极限，导致热击穿模式。

请参阅下图了解每条SOA 线路的参数限制。

1：受最大额定电流和脉冲电流限制

2： RDSON 受到最高节点温度的限制。

3：受器件最大功耗限制。

4： 受最大单脉冲电流限制。

5：电压BVDSS限制区

只要供电MOSFET保证器件在上述限制范围内，就可以有效避免MOSFET引起的断电问题。

这是非典型SOA 引起的疾病的解剖图。我接触过铝，所以事情可能没那么简单。请参考。

SOA故障预防措施

1：确保最坏情况下所有MOSFET 功率限制均在SOA 限制线内。

2：OCP 功能必须准确且详细。

在设计OCP 点时，大多数工程师通常采用1.1 至1.5 倍的电流裕度，并根据IC 的保护电压（例如0.7V）开始调试RSENSE 电阻。

一些有经验的人考虑了CISS对检测延迟时间和OCP的实际影响。

然而，目前有一些参数更值得注意。它是MOSFET 的Td(off)。

那有什么作用呢？看看下面的FLYBACK电流波形图（图不是很清楚，抱歉，建议双击放大）。

从图中可以看出，电流波形在达到电流峰值时下降，在这个下降点之后有一个上升时间。这段时间的实质是IC检测过流信号并关闭MOSFET。另外，虽然启动关断，但由于器件自身的关断延迟，电流具有次级上升平台，如果次级上升平台太大，则当变压器的裕度变得非常小时，会发生磁饱和。高的。设计不当的电流浪涌或故障（电流超过设备规格）。

3：适当的热设计余量。我不会详细介绍这一点。如果不起作用，请密切关注。

3）体二极管故障

不同的拓扑和电路对于MOSFET 具有不同的作用。例如，在LLC 中，体内二极管的速度也是MOSFET 可靠性的重要因素。由于二极管本身是一个寄生参数，因此很难区分漏源体二极管故障和漏源电压故障。虽然故障后很难区分物理原因，但防止电压故障和二极管故障的解决方案完全不同，主要基于独特的电路进行分析。

防止体二极管故障的措施

事实上，在大多数情况下，拥有体二极管并不重要，但在某些情况下可能会很有用，例如在H 桥中使用时，无需使用二极管。当然，如果碍事的话，就用两个MOS管，首尾串联即可。

这个二极管是由工艺决定的，所以不要太担心它，接受它的存在即可。另外，我还要多说一点。事实上，MOS管的D和S本质上是对称结构，只是沟道的两个接触点。然而，由于沟道的打开和关闭涉及栅极和衬底之间的电场，因此需要向衬底施加恒定的电势。另外，由于MOS管只有三个引脚，所以板子必须连接到另外两个引脚之一。然后，连接到电路板的引脚变为S，未连接到电路板的引脚变为D。当应用这种方法时，S的电势通常是稳定的。 CMOS、模拟开关等集成电路，芯片本身就有电源引脚，所以那些MOS管的基板并不与引脚相连，而是直接与电源VCC或VEE相连。 D和S没有区别。

4）共振干扰

当功率MOSFET 直接并联而不插入栅极电阻时发生的栅极寄生振荡。当漏极-源极电压高速重复接通和断开时，在由栅极-漏极电容Cgd(Crss)和栅极端子电感Lg组成的谐振电路中发生该寄生振荡。当满足谐振条件(L=1/C)时，在栅极和源极之间施加远高于驱动电压Vgs(in)的振荡电压。由于超过栅极和源极之间的额定电压，栅极将被损坏。当漏源电压开通和关断时，由于栅漏电容Cgd波形和Vgs波形重叠而产生振荡电压，产生正反馈，可能会因故障而造成振荡损坏。

防止共振缺陷的措施

电阻器由于其阻尼作用可以抑制振荡。然而，在栅极串联一个小电阻并不能解决振荡阻尼问题。这主要是由于驱动电路的阻抗匹配和功率管开关时间的调整造成的。

5) 静电危害

静电的基本物理特性是吸引力或排斥力、与地球之间存在电场以及产生放电电流。这三种情况对电子元件有以下影响：

1.元件吸收灰尘，改变线路之间的阻抗，影响元件的功能和寿命。

2、电场或电流破坏元件的绝缘层或导体，使元件无法工作（完全破坏）。

3、瞬间电场软击穿和电流过热会损坏元件，但仍能工作，但使用寿命会受到影响。

静电危害预防措施

MOS电路输入端的保护二极管导通时的允许电流一般为1mA。如果可能出现瞬态输入电流（10mA 或以上），请串联输入保护电阻。但由于129#最初设计时没有内置保护电阻，因此MOS管可能会失效，可以通过更换内置保护电阻的MOS管来防止。此外，保护电路仅吸收有限的瞬时能量，因此过大的瞬时信号或过高的静态电压将使其失效。因此，为了防止设备输入端子漏电损坏，焊接时必须保证烙铁接地，平时关闭电源，利用烙铁余热进行焊接。您需要先焊接引脚。

6) 栅极电压故障

栅极电压异常高的原因主要有以下三个方面。

1：制造、运输、组装过程中产生静电。

2：电力系统运行过程中器件和电路的寄生参数引起的高压谐振。

3：高压冲击时，高压通过GGD传输到栅极（雷击测试中多见此原因导致的故障）。

我们不会过多谈论PCB 污染程度、电气间隙以及其他现象，例如高压侵入栅极并损坏IC。

栅极电压异常的预防措施

栅源过压保护：如果栅源阻抗过高，漏源电压的突变会通过极间电容耦合到栅极，导致UGS电压过压A很高。射击发生。这会导致栅极过冲，永久损坏氧化层，并在UGS 电压瞬变为正时导致器件误导通。为此，需要适当降低栅极驱动电路的阻抗，并在栅极和源极之间并联阻尼电阻和稳定电压为20V左右的电压调整管。必须特别小心防止开门操作。第二个是漏极过压保护。如果电路中存在感性负载，当器件关断时，漏极电流（di/dt）的突然变化会导致漏极电压远高于电源电压的过冲，从而导致器件损坏。应提供稳压管钳位、RC钳位或RC抑制电路等保护措施。

此外，MOSFET损坏主要是由使用和制造质量造成的。

1）由于静电损坏，初期可能会像正常管道一样开关，但一定时间后会失效并爆炸，使GDS完全短路。

2）空间等离子体造成的损坏轻者与静电造成的损坏相同，重者可导致GDS直接短路。请勿使用带有MOSFET 或IGBT/COMS 器件的负离子发生器或空调。已放置！

3) 漏电损坏GDS 通常完全短路，在某些情况下DS 或GD 可能开路。

4）过驱动，当驱动电压超过18V时，使用一定时间后GDS将完全截止。

5）使用负电压关断并向栅极施加负电压后，MOSFET的抗扰度提高，但DS的耐压降低。不正确的负电压会毁坏和损坏DS。如果耐受电压降低，GDS就会短路。

6) 栅极寄生感应引起的负电压损坏是由于不正确的负电压驱动造成的，只不过负压不是人为施加的，而是由于线路寄生LC感应在栅极上感应负脉冲造成的，与此相同。

本内容由编辑转载自网络，仅供学习交流之用。如有侵权，请联系我们删除。如果您想了解更多电子元件及电子元件行业实时行情信息，请关注我们的微信公众号【上海恒力贸易有限公司】。