单脉冲雪崩击穿能量(Energy during avalanche for single pulse),即 EAS。指的是MOSFET器件串联感性负载时,在单次脉冲(工作到关断)状态下,所能承受的最大能量消耗,单位是焦耳(J),其值越大,器件在电路中遭遇瞬间过电压或过电流情况时越不容易损坏。 一、测试方法 1)在MOSFET上串联电感L,设定母线电压VDD。 2)在栅极与源极之间加脉冲电压VGS(一般为10V),当VGS=10V时,器件完全开启,VDD给电感L充电。当流过电感电流达到IAS(单脉冲雪崩电流,受脉冲占空比控制)时, VGS=0V器件关断。 3)由于电感L存在,电流IAS不会突变,电感中储存的能量就会对MOSFET进行释放。 如下图: 测试EAS极限值时,一般固定电感L,逐渐增加IAS电流(提高脉冲占空比),直至MOS管失效,根据失效前IAS电流值,计算EAS:
不同厂家产品规格书EAS测试条件不同,因此不能通过规格书直接比较。 二、失效模式 EAS失效模式主要有两种:寄生二极管雪崩烧毁、寄生三极管(BJT)开启,两种失效模式都是破坏性的。 1、 寄生二极管雪崩烧毁 在MOSFET的结构中,存在一个寄生二极管,如下图: 当MOSFET器件外接感性负载时,器件关断后漏极(D)电流不会突变,这时处于关断状态下的MOSFET器件内寄生二极管反偏电压被瞬间抬升,进入雪崩击穿状态。流过二极管的大电流及两端高电压会在器件内部产生热量,散热不及时就会导致MOSFET过热烧毁失效(电流路径如上图黄线)。 2、 寄生三极管(BJT)开启 在MOSFET的结构中,还存在一个寄生三极管(BJT),如下图: 正常情况下,流过RB的电流很小,RB两端电压差几乎为0(寄生三极管的VBE小于正向开启电压),三极管是处在关闭状态。 但是当寄生二极管发生雪崩击穿时,流过RB的电流变大(图中黄线),使RB两端电压差大于三极管VBE的开启电压时,寄生三极管开启,大电流便会从 N-区经过 P-区流向 N+(电流路径如上图红线), MOSFET无法正常关断,导致短路而损坏MOSFET。 MOSFET的设计中通常会减小P-中的横向电阻RB,来抑制寄生三极管的开启。 目前MOSFET的EAS失效,大多数为寄生二极管雪崩击穿过热失效。 为什么MOSFET器件EAS烧毁的点大多都在栅PAD附近? MOSFET靠栅极控制开通与关断,距离栅PAD越近的单胞寄生电阻和电容越小,关断速度越快,越先发生雪崩击穿。 |