MOS管為什么炸裂？原因就在這里-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2020-11-03
我們知道開關(guān)電源中MOSFET、 IGBT是最核心也是最容易燒壞的器件。MOS管炸裂原因：開關(guān)器件長期工作于高電壓大電流狀態(tài)，承受著很大的功耗，一但過壓或過流就會導(dǎo)致功耗大增，晶圓結(jié)溫急劇上升，如果散熱不及時，就會導(dǎo)致器件損壞，甚至可能會伴隨爆炸，非常危險。這里就衍生一個概念，安全工作區(qū)。
一、什么是安全工作區(qū)？
安全工作區(qū)：SOA（Safe operating area）是由一系列（電壓，電流）坐標(biāo)點形成的一個二維區(qū)域，開關(guān)器件正常工作時的電壓和電流都不會超過該區(qū)域。簡單的講，只要器件工作在SOA區(qū)域內(nèi)就是安全的，超過這個區(qū)域就存在危險。
二、SOA具體如何應(yīng)用和測試呢？
MOS管炸裂原因：開關(guān)器件的各項參數(shù)在數(shù)據(jù)手冊中都會明確標(biāo)注，這里我們先來解讀兩個參數(shù)。
VDS（Drain-source voltage）：漏源電壓標(biāo)稱值，反應(yīng)的是漏源極能承受的最大的電壓值；
IDM（Drain current(pulsed)）：漏源最大單脈沖電流（非重復(fù)脈沖），反應(yīng)的是漏源極可承受的單次脈沖電流強(qiáng)。
器件手冊一般都會提供SOA（Safe operating area）數(shù)據(jù)圖表，主要和晶圓的散熱、瞬間電壓和電流的承受能力有關(guān)，通過IDM和VDS及器件晶圓溝道損耗的限制形成一個工作區(qū)域，稱為安全工作區(qū)，如下圖所示。安全工作區(qū)可以避免管子因結(jié)溫過高而損壞。
示波器的測試應(yīng)用非常簡單，使用電壓、電流探頭正常測試開關(guān)管的VDS和IDM，并打開SOA分析功能，對照數(shù)據(jù)手冊的SOA數(shù)據(jù)設(shè)置好示波器的SOA參數(shù)即可。一但波形觸碰到安全區(qū)以外的區(qū)域，就說明器件超額工作，存在危險。
三、示波器的SOA分析功能有哪些作用？
支持連續(xù)測試，并統(tǒng)計通過及失敗的總數(shù)次，該模式可用于連續(xù)烤機(jī)測試；
支持觸碰（波形超出安全區(qū)域）停止、自動截圖、聲音提示操作；
安全工作區(qū)可通過電壓、電流、功率限制設(shè)定，也可自定義設(shè)定。
MOS管炸裂原因：開關(guān)器件的安全工作區(qū)是一項非常重要的參數(shù)，通過示波器的SOA分析功能，可以快速有效的確定器件的工作是否安全，確保產(chǎn)品安全可靠。
開關(guān)電源初次上電如何防止炸機(jī)呢，要了解這種問題，就得找到開關(guān)電源炸機(jī)的原因，原因如下：
1.輸入電壓過大導(dǎo)致大電容或MOS炸掉。
2.一次側(cè)短路。所謂的超載或輸出短路，可能性并不大，因為再爛的電源通常都有過流保護(hù)和輸出短路保護(hù)的。
給大家分享一個有效，且成本很低的方法來防止樣機(jī)首次上電炸機(jī)的問題。
在開關(guān)電源輸入線上串聯(lián)一個白熾燈來做保護(hù)，注意串聯(lián)白熾燈初次上電不用帶輸出負(fù)載，直接空載上電。如果白熾燈沒有亮燈，或者就剛上電的那一下亮了然后又熄滅（第一下亮是輸入浪涌電流引起的），說明開關(guān)電源沒有大電流輸入，此時可測試電源的輸出是否為正常電壓。
如果輸出正常則可以去除白熾燈進(jìn)行正常的調(diào)試了。如果輸出電壓不正常，可繼續(xù)接在白熾燈上直到找到原因解決后再去除白熾燈進(jìn)行正常調(diào)試。如果通電后白熾燈一直亮，或者白熾燈在間斷的亮-不亮-亮的循環(huán)狀態(tài)，說明開關(guān)電源內(nèi)部有大電流，此時可關(guān)電仔細(xì)檢查開關(guān)電源，重復(fù)此法直到開關(guān)電源空載正常后方可去除白熾燈進(jìn)行正常調(diào)試。
原理如下：
若開關(guān)電源沒進(jìn)入危險狀態(tài)(開關(guān)電源輸出正常或者開關(guān)電源輸出電壓在上下跳動但沒有導(dǎo)致輸入大電流)，則此時流進(jìn)開關(guān)電源的輸入電流很微弱，可等效看作Zo很大。
假設(shè)此時電源的功耗為2.2W，Zo上的平均電流大約為0.01A，Zo上的阻抗大約為220/0.01，大約是22K。一個十幾瓦或幾十瓦的白熾燈的冷態(tài)電阻大約在幾十歐姆到幾百歐姆，假設(shè)為Z1=100Ω，根據(jù)阻抗的分壓比可知，白熾燈上的壓降非常小所以白熾燈不亮燈。
若開關(guān)電源沒沒有進(jìn)入危險狀態(tài)（開關(guān)電源輸入有大電流），電流很大，可等效看作Zo很小。假設(shè)此時電源流入的電流平均為5A，相當(dāng)于Zo上的平均電流為5A，Zo上的阻抗大約為220/5，大約是44Ω。一個十幾瓦或幾十瓦的白熾燈的冷態(tài)阻抗大約在幾十歐姆到幾百歐姆，假設(shè)為Z1=100Ω，根據(jù)阻抗的分壓比可知，白熾燈上的壓降是比較大的。
另外白熾燈還有一個特性就是熱態(tài)阻抗比冷態(tài)阻抗要大很多，實驗得出大概十多倍的樣子，假設(shè)熱態(tài)阻抗是冷態(tài)阻抗的10倍。由于上電白熾燈上有較大的壓降和較大的電流會以非常快的速度發(fā)熱，設(shè)發(fā)熱后阻抗由Z1=100Ω變成Z1=1K，在很短的時間內(nèi)會使Zo上的電壓變得非常小從而避免了開關(guān)電源炸機(jī)。
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