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详解MOS管原理及几种常见失效分析

发布时间:2022/8/20 6:59:00

来源:http://www.szinter.com.cn/news856211.html

MOS管英语全称Metal Oxide Semiconductor即氢氧化物半导体材料, 即电子设备中的绝缘性能场效管。 准确地说,名称的含义描述了电子设备MOS管道结构,即:在一定结构的半导体材料设备上,再加上二氧化硅和金属材料,产生栅极。

MOS管的source和drain可以交换,都在P型backgateN型区。在大多数情况下,两个区域是相同的,即使两侧交换也不会损害设备的特性,这种设备被认为是对称的。

MOS管原理

MOS管道原理(N通道加固型)MOS使用场效管)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。

在管道的生产和制造过程中,电缆护套根据加工工艺产生了许多共价键,因此在边界条件的另一侧可以感应到更多的负电,即使在VGS=0时也有很大的漏极电流ID。当栅极电压发生变化时,磁感应电荷也发生变化,导电性沟的宽度也发生变化,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管道按原材料型和绝缘层栅型分为N沟和P沟,按导电方法分为光型和增强型。MOS场效应晶体管分为N沟耗光型和增强型,P沟消耗光型和加强型四类。但实际上,消耗光型的种类很少,而P沟也很少,更多的是N沟加强型。

绝大多数MOS管道的外观非常相似,一般包装形式有TO252 / TO220 / TO92 / TO3 / TO247这些,但是主要的型号规格不计其数,所以光从外观上是分不开的。对于不了解型号规格,工作经验很少的人来说,检查设备的更好方法是datasheet。

会详细告诉你,它的类别和实际的主要参数对你设计的电源电路非常有效。我们区分类型,一般是看型号规格,比如IRF530 / IRF540 / IRF3205 / IRPF250等N沟加强型都很常见。

无论N型还是P型MOS管道的原理本质是一样的,是通过添加到端栅极的电压来操纵导出端漏极的电流。MOS管道是一种压力控制装置。它利用了加入栅极的电压控制装置的特点,不易产生基极电流引起的正电荷存储效用。因此,在使用电源开关时,MOS电源开关速率应快于三极管。

N型MOS管的特点:VGS如果超过一定值,就会关闭。适用于以源极接地装置(中低端驱动)时的情况,只需达到一定电压(如4)V或10V,其其他电压指南)。

P型MOS管的特点:VGS如果低于一定值,则会关闭,适用于极端的源VCC状态(高端推广)。然而,尽管P型MOS管道可以很容易地作为高档推广,但由于关闭电阻器大,价格昂贵,更换类型少,N型通常用于高档推广MOS管。

N型MOS管的特点:VGS如果超过一定值,就会关闭。适用于以源极接地装置(中低端驱动)时的情况,只需达到一定电压(如4)V或10V,其其他电压指南)。

P型MOS管的特点:VGS如果低于一定值,则会关闭,适用于极端的源VCC状态(高端推广)。然而,尽管P型MOS管道可以很容易地作为高档推广,但由于关闭电阻器大,价格昂贵,更换类型少,N型通常用于高档推广MOS管。

MOS管道无效的六大原因

山崩无效(电压无效):俗称漏源BVdss电压超出MOS管道的额定值电压超过一定的工作能力,导致MOS管无效。 格栅极电压无效:由于格栅极电压峰值异常,格栅极氧层无效 静电感应无效:秋冬季节,机械设备静电感应引起的设备无效。 串联谐振无效:栅极和电源电路寄生参数在并接应用过程中振荡无效。 二极管无效:桥式,LLC在体二极管进行续流的网络拓扑结构中,体二极管因损坏而无效。 SOA无效(电流无效):超过MOS管道安全工作区域无效,分为Id超过设备规格和型号的无效Id过大,长期热积累造成设备过度消耗无效。

山崩无效(电压无效)

什么是山崩无效?简单来说,山崩无效?MOS由于母线槽电压、变电器反射面电压、泄漏峰值电压等系统软件电压积累在高压包上MOS管道泄漏源中间的故障模式。简单来说就是因为MOS管破源极的电压超过其要求的电压值,并达到一定的动能。

防止山体崩塌:

有效调额应用。目前领域内调额一般选择80%-95%。根据企业保修条款和电源电路关键选择详细情况。 变电器反射面电压有效。 有效的RCD和TVS消化吸收电路原理。 大电流布线应尽可能大小,以减少布线生存电感器。 选择科学合理的门电阻器Rg。 必须提高大功率电阻RC减振或齐纳二极管消化吸收。

网极电压无效

导致栅极电压异常高的主要因素有三个:制造、运输和安装过程中的静电感应;供电系统运行中机械设备和电源电路寄生参数引起的高压串联谐振;在整个高压冲击过程中,高压是基于Ggd传输到电网(这类因素引起的常见故障在雷击实验中更为常见)。

防止门极电压无效的措施:

过电压维护在栅极和源极之间: 如果栅极和源极之间的特性阻抗过高,泄漏极和源极之间电压的突然变化将根据电级间电容耦合到栅极上,导致非常高UGS电压超调,进而导致网极超调。 永久破坏金属氧化物层。 若为正方位UGS瞬态电压,机械设备也可能关闭不正确。 因此,尽量减少栅极光耦电路的特性阻抗,并在栅极和源极之间连接一个阻尼电阻或一个稳压管约20V交流稳压器。 一定要注意避免开门的实际操作。 排水管中间的过电压维护: 如果电源电路中有电感器负载,当机器设备关闭时,漏极电流(di/dt)突然变化会导致漏极电压超调,远高于开关电源电压,进而导致机械设备损坏。 应使用齐纳钳,RC钳或RC抑制电源电路等保障措施。

静电感应分析

静电感应的基本物理特征是:诱惑或排斥;静电场,地球电位差;充放电电流。这三种情况对电子元件有以下危害:

该组件消化吸收灰尘,改变路线中间的特性阻抗,危及组件的基本功能和使用寿命。 由于静电场或电流的作用,部件的电缆护套和电导体损坏,部件不能工作(完全损坏)。 由于静电场的瞬时软穿透或电流过热,部件受损。虽然它还能工作,但它的生命却受到了伤害。

静电感应无效预防措施:MOS接通电源时,电源电路键入端维护二极管的电流容量限为1mAh。当电流可能过大(超过10mA)应串联键入防护电阻器。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。因此,在焊接操作过程中,电烙铁必须安全可靠地接地装置,以避免机械设备进入终端泄漏。一般情况下,电源关闭后,可采用电烙铁余热回收进行焊接,接地装置脚应先焊接。

串联谐振无效

当输出功率MOS网极寄生振荡是由于管道并接而不插入网极电阻器而立即连接而产生的。当泄漏电压在快速下连续接入和断裂时,这种寄生振荡是由栅极泄漏电容器产生的Cgd(Crss)和栅极pin电感器Lg在组成的耦合电路中。创建共震标准时(ωL=1/ωC)当栅极和源极之间的增加远高于推动电压时Vgs(in)振动电压、格栅极因超过格栅极源额定值电压而损坏,根据格栅极漏电极电容器的振动电压Cgd和Vgs重合波型引起正反馈,很可能引起常见故障引起冲击损伤。

串联谐振无效预防措施:摩擦阻力可限制减振引起的振荡。众所周知,将小电阻连接到栅极无法处理振动和减振问题。关键因素是光耦合电路的匹配电阻和整流管定时开关的调整。

二级管常见故障

在不一样的拓扑结构和电线中, MOS管道有不同的效果。例如,在LLC体二极管的效率也有害 MOS管道稳定性的一个主要因素。由于二极管本身是一个寄生参数,因此很难区分泄漏源二极管的常见故障和泄漏电压的常见故障。二极管常见故障的解决方案主要是源电路的集成进行分析。

SOA无效(电流无效)

半导体材料光放大仪(SOA)无效是指开关电源工作中的环节MOS与此同时,管道上累积了电流和电压异常大造成的损坏。或者,集成ic、热管散热器和包装形式不能立即实现热循环,导致热积累,持续热导致温度超过金属氧化物层的极限。

SOA无效预防措施:确保在最坏情况下,MOS管道的所有输出功率都受到限制SOA限定线内;OCP功能必须准确、详细。

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