淺析MOSFET的UIS及雪崩能量

在看到MOSFET數(shù)據(jù)表時(shí)，你一定要知道你在找什么。雖然特定的參數(shù)很顯眼，也一目了然（BVDS、RDS(ON)、柵極電荷），其它的一些參數(shù)會(huì)十分的含糊不清、模棱兩可（IDA、SOA曲線），而其它的某些參數(shù)自始至終就毫無(wú)用處（比如說(shuō)：開(kāi)關(guān)時(shí)間）。在這個(gè)即將開(kāi)始的博文系列中，我們將試著破解FET數(shù)據(jù)表，這樣的話，讀者就能夠很輕松地找到和辨別那些對(duì)于他們的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，是最常見(jiàn)的數(shù)據(jù)，而不會(huì)被不同的生產(chǎn)商為了使他們的產(chǎn)品看起來(lái)更吸引人而玩兒的文字游戲所糊弄。

自從20世紀(jì)80年代中期在MOSFET 數(shù)據(jù)表中廣泛使用的以來(lái)，無(wú)鉗位電感開(kāi)關(guān) (UIS) 額定值就已經(jīng)被證明是一個(gè)非常有用的參數(shù)。雖然不建議在實(shí)際應(yīng)用中使用FET的重復(fù)雪崩，工程師們已經(jīng)學(xué)會(huì)了用這個(gè)度量標(biāo)準(zhǔn)在制定新器件開(kāi)發(fā)方案時(shí)避免那些有可能導(dǎo)致問(wèn)題的脆弱器件。在溫度范圍內(nèi)具有特別薄弱UIS能力或者發(fā)生嚴(yán)重降級(jí)的器件（25°C至125°C之間大于30%）應(yīng)當(dāng)被禁止，因?yàn)檫@些器件會(huì)更容易受到故障的影響。設(shè)計(jì)人員也應(yīng)該對(duì)制造商在額定值上搗鬼，夸大他們的FET雪崩能力而感到厭煩。

UIS測(cè)試由圖1中所示的測(cè)試電路執(zhí)行。在FET關(guān)閉時(shí)，其上施加了一個(gè)電源電壓，然后檢查器件上是否有泄露。在FET接通時(shí)，電感器電流穩(wěn)定增加。當(dāng)達(dá)到所需的電流時(shí)，F(xiàn)ET被關(guān)閉，F(xiàn)ET上的Ldi/dt電壓擺幅在MOSFET擊穿電壓之上，從而激活了其內(nèi)在的寄生雙極晶體管，并在FET上出現(xiàn)有效的雪崩效應(yīng)。這項(xiàng)測(cè)試重復(fù)進(jìn)行，電流逐漸增加，直到開(kāi)始的泄漏測(cè)試失敗，表明器件已被損壞。

圖1—UIS測(cè)試電路

方程式E = ? LI2 計(jì)算的是FET的雪崩能量。這是測(cè)試的開(kāi)始。通過(guò)改變電感器尺寸，你能夠更改受測(cè)器件上施加的應(yīng)力?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，電感器越大，損壞FET所需的UIS電流越低。然而，這個(gè)較小的電流不會(huì)被方程式（用于計(jì)算雪崩能量）中電感器增加的尺寸抵消，這樣的話，盡管電流減少了，這個(gè)值實(shí)際上是增加了。表1中說(shuō)明了這個(gè)關(guān)系，其中列出了從測(cè)試中的某功率MOSFET器件中搜集的數(shù)據(jù)。

表1—雪崩能量 (EAS) 和電流 (UIS) 與電感器之間的關(guān)系

在電路中使用最小電感器時(shí) (0.1mH)，會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力最大、電流最高的測(cè)試。TI使用0.1mH電感器來(lái)測(cè)試所有即將投入量產(chǎn)的器件，并且在FET數(shù)據(jù)表內(nèi)給出與之相關(guān)的能量值。然而，由于沒(méi)有針對(duì)這個(gè)值的硬性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此，為了使他們的器件看起來(lái)好像具有較高的雪崩能量能力，某些廠商將在他們的UIS測(cè)試中使用較大的電感器。因此，設(shè)計(jì)人員在處理雪崩額定值時(shí)要小心，并且一定要在比較不同供貨商的FET之前詢問(wèn)UIS測(cè)試條件。