详解MOS管原理及几种常见失效分析

MOS管英语全称之为Metal Oxide Semiconductor即氢氧化物半导体材料， 即在电子器件中绝缘性能场效管。 准确的说，名字的含义叙述了电子器件中MOS管的构造，即：在一定构造的半导体材料器件上，再加上二氧化硅和金属材料，产生栅极。

MOS管的source和drain是可以互换的，全是在P型backgate中产生的N型区。在大部分状况下，2个区是一样的，即使两边互换也不会危害器件的特性，那样的器件被觉得是对称性的。

MOS管原理

MOS管的原理(以N沟道加强型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”产生的导电性沟道的情况，随后做到操纵漏极电流的目地。

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，产生了导电性沟道，即使在VGS=0时也是有很大的漏极电流ID。当栅极电压更改时，沟道内被磁感应的电荷量也更改，导电性沟道的宽度也随着而变，因此漏极电流ID伴随着栅极电压的变动而转变。

MOS管的归类

MOS管按沟道原材料型和绝缘层栅型各分N沟道和P沟道二种，按导电性方法又分耗光型与加强型，因此MOS场效应晶体管分成N沟耗光型和加强型，P沟耗光型和加强型四大类。但是实际中，耗光型的种类非常少，而P沟道也非常少，较多的便是N沟道加强型。

绝大多数MOS管的外型极为相近，普遍的封装形式类型有TO252 / TO220 / TO92 / TO3 / TO247这些，但主要的型号规格有不计其数种，因而光从外型是没法区别的。针对不了解型号规格，工作经验又非常少的人而言，比较好的办法便是查器件的datasheet。

里边会详尽对你说，它的类别和实际主要参数，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等这类全是很普遍的N沟道加强型。　

不管N型或是P型MOS管，其原理实质是一样的，是由加在键入端栅极的电压来操纵导出端漏极的电流。MOS管是压控器件它利用加在栅极上的电压操纵器件的特点，不容易产生像三极管做电源开关时的因基极电流造成的正电荷储存效用，因而在电源开关使用中，MOS管的电源开关速率应当比三极管快。

N型MOS管的特点：VGS超过一定的值便会关断，合适用以源极接地装置时的状况（中低端推动），只需栅极电压做到一定电压（如4V或10V，别的电压看指南）就可以了。

P型MOS管的特点：VGS低于一定的值便会关断，合适用以源极接VCC时的状况（高档推动）。可是，尽管P型MOS管可以很便捷地作为高档推动，但因为关断电阻器大、价钱贵、更换类型少等缘故，在高档推动中通常或是应用N型MOS管。

N型MOS管的特点：VGS超过一定的值便会关断，合适用以源极接地装置时的状况（中低端推动），只需栅极电压做到一定电压（如4V或10V，别的电压看指南）就可以了。

P型MOS管的特点：VGS低于一定的值便会关断，合适用以源极接VCC时的状况（高档推动）。可是，尽管P型MOS管可以很便捷地作为高档推动，但因为关断电阻器大、价钱贵、更换类型少等缘故，在高档推动中通常或是应用N型MOS管。

MOS管无效的6大缘故

山崩无效(电压无效)：也就是人们常说的漏源间的BVdss电压超出MOS管的额定值电压，而且超出做到了一定的工作能力进而造成MOS管无效。 栅极电压无效：因为栅极遭到出现异常电压顶峰，而造成栅极栅氧层无效 静电感应无效：在秋冬季时节，因为身体及机器设备静电感应而致使的器件无效。 串联谐振无效：在并接应用的环节中，栅极及电源电路寄生参数造成振荡造成的无效。 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，因为体二极管遭到毁坏而致使的无效。 SOA无效(电流无效)：既超过MOS管安全工作区造成无效，分成Id超过器件规格型号无效及其Id过大，耗损过高器件长期热累积而致使的无效。

山崩无效(电压无效)

究竟什么叫山崩无效呢？简易而言MOS管在高压包上因为母线槽电压、变电器反射面电压、漏感顶峰电压这些系统软件电压累加在MOS管漏源中间，造成的一种失效模式。简单点来说便是因为便是MOS管破源极的电压超出其要求电压值并做到一定的动能程度而致使的一种常用的失效模式。

山崩毁坏的防范措施：

有效调额应用。现阶段，领域内调额一般挑选80%-95%的调额。详细情况依据企业保修条款和电源电路关键来挑选。 有效的变电器反射面电压。 有效的RCD和TVS消化吸收电路原理。 大电流布线尽可能选用大、小布局，以减少布线生存电感器。 挑选一个科学合理的门电阻器Rg。 在大功率电阻中，可以按照必须提升RC减振或齐纳二极管消化吸收。

栅极电压无效

导致栅极电压出现异常高的首要因素有三：生产制造、运送、安装全过程中的静电感应；供电系统运作中机器设备和电源电路寄生参数造成的髙压串联谐振；在髙压冲击性全过程中，髙压根据Ggd传送到电力网(在遭雷击实验中，这类因素引发的常见故障更普遍)。

门极电压无效的防范措施：

栅极和源极中间的过电压维护： 假如栅极和源极中间的特性阻抗过高，漏极和源极中间电压的忽然改变将根据电级间电容耦合到栅极上，造成十分高的UGS电压超调量，进而造成栅极超调量。 金属氧化物层永久毁坏。 如果是正方位上的UGS瞬态电压，机器设备也很有可能关断不正确。 因而，尽可能减少栅极光耦电路的特性阻抗，并在栅极和源极中间并接一个阻尼电阻或一个稳压管约20V的交流稳压器。 务必需注意避免打开门实际操作。 排水管道中间的过电压维护： 假如电源电路中存有电感器负荷，当机器设备关掉时，漏极电流(di/dt)的忽然改变将造成漏极电压超调量，这远远地高过开关电源电压，进而造成机器设备毁坏。 应采用齐纳钳、RC钳或RC抑止电源电路等保障措施。

静电感应剖析

静电感应的基本上物理学特点是：有诱惑力或排斥力；有静电场，与地球上有电位差；造成充放电电流。这三种状况对电子元器件有下列危害：

该元器件消化吸收尘土，更改路线中间的特性阻抗，危害元器件的基本功能和使用寿命。 因为静电场或电流的功效，元器件的电缆护套和电导体毁坏，使元器件不可以工作中(彻底毁坏)。 因为静电场的瞬间软穿透或电流太热，元器件遭受毁坏。尽管它还能工作中，但它的人生给予了危害。

静电感应无效防范措施：MOS电源电路键入端维护二极管在接通电源时的电流容限为1mAh。当很有可能发生过大的瞬间键入电流(超过10mA)时，键入防护电阻器应串连。与此同时，因为维护电源电路获取的瞬间动能比较有限，过大的瞬间数据信号和过高的静电感应电压会使维护电源电路无效。因而，在电焊焊接操作过程中，电烙铁务必安全可靠接地装置，以避免机器设备键入接线端子泄露。一般应用时，关闭电源后，可运用电烙铁的余热回收开展电焊焊接，其接地装置脚应先焊上。

串联谐振无效

当输出功率MOS管并接而不插进栅极电阻器但立即联接时产生的栅极寄生振荡。当漏源电压在飞速下不断接入和断掉时，这类寄生振荡产生在由栅极漏极电容器Cgd(Crss)和栅极pin电感器Lg组成的耦合电路中。当创建共震标准(ωL=1/ωC)时，在栅极和源极中间增加远高于推动电压Vgs(in)的震动电压，栅极因超出栅极源额定值电压而毁坏，漏源电压电源开关时的震动电压根据栅极漏极电力电容器Cgd和Vgs的重合波型造成正反馈，很有可能造成常见故障造成震荡毁坏。

串联谐振无效防范措施：摩擦阻力可以限制因为减振造成的震荡。殊不知，将一个小电阻器串连到栅极上并无法处理震荡减振问题，关键因素是光耦电路的匹配电阻和整流管定时开关的调节。

体二级管常见故障

在不一样的拓扑结构和电线中， MOS管具备不一样的功效。比如，在LLC中，体二极管的效率也是危害 MOS管稳定性的一个主要要素。因为二极管自身是寄生参数，因而难以区别漏源体二极管常见故障和漏源电压常见故障。二极管常见故障的解决方法主要是根据融合本身电源电路来剖析。

SOA无效(电流无效)

半导体材料光放大仪(SOA)无效就是指在开关电源工作中环节中，因为MOS管上与此同时累加了出现异常大的电流和电压而导致的损害方式。或是，集成ic、热管散热器和封装形式不可以立即做到热力循环，造成发热量堆积，而且持续热造成造成溫度超出因为击穿方式而致使的金属氧化物层的極限。

SOA无效的防范措施：保证在最坏的情形下，MOS管的全部输出功率限定都是在SOA限定线以内；OCP作用务必精准、详尽。