一文了解开关电源中MOS管雪崩失效

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MOS管是一种通过电压来控制电流的器件，具有栅极输入阻抗高、导通压降小、开关速度快等优点，常用在开关电源领域。作为开关电路中的核心功率器件，MOS管会由于受到异常电应力而发生失效，雪崩失效是典型的一种。

相关试验表明，MOS管雪崩失效具有明显形貌特征：烧毁点通常位于芯片中间靠近源极内键合点位置，以击穿点为中心形成圆形热斑，典型形貌见图1和图2。

图1 MOS管雪崩击穿烧毁形貌	图2 MOS管雪崩击穿位置放大形貌

MOS管雪崩失效的原因，与其内部存在寄生二极管、三极管有关，如图3。在开关电源中，由于变压器线圈的感性作用，MOS管关断时，会在MOS管漏、源极形成一个反峰电压。当这个电压超过MOS管的击穿电压V(BR)DSS，内部载流子雪崩式倍增。当雪崩能量超出了MOS管的承受能力，就会导致内部芯片击穿烧毁。
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图3 MOS管体内等效电路

为了确认选用的MOS管能否满足需求，可以根据图4所示电路，对MOS管进行测试。待测MOS管和S1同时导通，电源电压加在电感器上，电感器激磁，其电流线性上升。经导通时间T1后，同时关断MOS管和S1，检测MOS管是否发生失效。

图4 MOS管雪崩耐量测试电路

雪崩能量与电感值、起始的电流值有关，具体数据可采用专用设备进行测试，如ITC55100。测试结果通过曲线一目了然：测试合格的如图5；测试不合格的如图6，MOS管关断时，漏极电流出现拐点，漏极电压降至零，此时MOS管已经发生失效。

图5 MOS 管雪崩测试合格	图6 MOS 管雪崩测试不合格

在具体的开关电源电路中，MOS管可能是在负载短路后的瞬间发生雪崩失效，也可能是在长期使用过程中经历多次雪崩击穿后再发生失效。为了保护MOS管，可以在MOS管和变压器上两端设置缓冲吸收电路，对尖峰电压进行吸收，如图7和图8。

图7 MOS 管的缓冲吸收电路	图8 变压器缓冲吸收电路

可见，MOS 管发生雪崩失效与其自身特性有关。实际的工程应用中，功率器件会降额，从而留有足够的电压余量。通过增加缓冲吸收电路，进一步避免或延缓其失效的发生。

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MOS管是通过控制电压来调节电流

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MOS管开关速度快

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与MOS管自身特性有关系