开关电源MOS的失效原因及预防措施-KIA MOS管
信息来源：本站 日期：2024-03-19
雪崩失效（电压失效），也就是我们常说的漏源间的BVdss电压超过MOSFET的额定电压，并且超过达到了一定的能力从而导致MOSFET失效。
雪崩失效：MOSFET在电源板上由于母线电压、变压器反射电压、漏感尖峰电压等等系统电压叠加在MOSFET漏源之间，导致的一种失效模式。简而言之就是MOSFET漏源极的电压超过其规定电压值并达到一定的能量限度而导致的一种常见的失效模式。
下图为雪崩测试的等效原理图：
雪崩失效的预防措
雪崩失效归根结底是电压失效，可以参考以下的方式来处理。
1.合理降额使用，目前行业内的降额一般选取80%-95%的降额，具体情况根据企业的保修条款及电路关注点进行选取。
2.合理的变压器反射电压。
3.合理的RCD及TVS吸收电路设计。
4.大电流布线尽量采用粗、短的布局结构，尽量减少布线寄生电感。
5.选择合理的栅极电阻Rg。
6.在大功率电源中，可以根据需要适当的加入RC减震或齐纳二极管进行吸收。
SOA失效（电流失效），既超出MOSFET安全工作区引起失效，分为Id超出器件规格失效以及Id过大，损耗过高器件长时间热积累而导致的失效。
SOA失效是指电源在运行时异常的大电流和电压同时叠加在MOSFET上面，造成瞬时局部发热而导致的破坏模式。或者是芯片与散热器及封装不能及时达到热平衡导致热积累，持续的发热使温度超过氧化层限制而导致的热击穿模式。
关于SOA各个线的参数限定值可以参考下图：
1.受限于最大额定电流及脉冲电流
2.受限于最大节温下的RDSON。
3.受限于器件最大的耗散功率。
4.受限于最大单个脉冲电流。
5.击穿电压BVDSS限制区
电源上的MOSFET，只要保证能器件处于上面限制区的范围内，就能有效的规避由于MOSFET而导致的电源失效问题的产生。
SOA失效的预防措施：
1.确保在最差条件下，MOSFET的所有功率限制条件均在SOA限制线以内。
2.将OCP功能一定要做精确细致。
在进行OCP点设计时，一般可能会取1.1-1.5倍电流余量的工程师居多，然后就根据IC的保护电压比如0.7V开始调试RSENSE电阻。有经验的人会将检测延迟时间、CISS对OCP实际的影响考虑在内。但是此时有个更值得关注的参数，那就是MOSFET的Td(off)。它到底有什么影响呢，看下面FLYBACK电流波形图：
电流波形在快到电流尖峰时，有个下跌，这个下跌点后又有一段的上升时间，这段时间其本质就是IC在检测到过流信号执行关断后，MOSFET本身也开始执行关断，但是由于器件本身的关断延迟，因此电流会有个二次上升平台，如果二次上升平台过大，那么在变压器余量设计不足时，就极有可能产生磁饱和的一个电流冲击或者电流超器件规格的一个失效。
3.合理的热设计余量。
体二极管失效：在桥式、LLC等有用到体二极管进行续流的拓扑结构中，由于体二极管遭受破坏而导致的失效。
谐振失效：在并联使用的过程中，栅极及电路寄生参数导致震荡引起的失效。
静电失效：在秋冬季节，由于人体及设备静电而导致的器件失效。
栅极电压失效：由于栅极遭受异常电压尖峰，而导致栅极栅氧层失效。
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