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MOSFET dv/dt能力及其失效模式
一、MOSFET dv/dt能力及其失效模式
什么是MOSFET的dv/dt能力?
當(dāng)MOSFET器件工作在高頻電路中時，漏-源極電壓會有很高的變化速率，dv/dt指的是MOSFET漏-源極所允許的電壓最高變化速率，若是超過這個速率就會導(dǎo)致器件燒毀失效。
失效模式
dv/dt失效通常發(fā)生在硬開關(guān)應(yīng)用中，其中兩個MOSFET用于半橋配置，如下圖。
高側(cè)和低側(cè)MOSFET交替導(dǎo)通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)輸出電壓Vout在高低之間快速轉(zhuǎn)換。
當(dāng)高側(cè)和低側(cè)MOSFET交替導(dǎo)通和關(guān)斷頻率過快（開關(guān)速度過快）時，會產(chǎn)生較高的dv/dt。當(dāng)dv/dt大于低側(cè)MOSFET允許的最高電壓變化速率時，就會發(fā)生高側(cè)器件還未完全關(guān)閉，低側(cè)器件就已經(jīng)短暫導(dǎo)通現(xiàn)象，這時輸入電源與地短路，產(chǎn)生大電流將流過半橋使兩個器件燒毀。
dv/dt導(dǎo)致器件短暫導(dǎo)通模式主要有兩種：MOSFET器件開啟、寄生三極管（BJT）開啟。
1、 MOSFET器件開啟
在MOSFET的結(jié)構(gòu)中，存在寄生電容Cgd、電阻Rg，如下圖：
如上圖，當(dāng)器件漏極dv/dt過大時，由于Cgd電容的充放電，柵極會產(chǎn)生感應(yīng)電流I:
I=Cgd×dv/dt
由于柵電阻Rg的存在，電流I流過Rg會在柵極產(chǎn)生尖峰電壓Vgs:
Vgs=I×Rg= Cgd×dv/dt×Rg
當(dāng)柵極電壓Vgs超過器件的閾值電壓Vth時，器件將被迫導(dǎo)通，使器件燒毀。由上式可以得到電路所允許的最大頻率：
在此失效模式下，如果想提高M(jìn)OSFET器件dv/dt能力，可以通過降低柵電阻Rg，柵-漏電容Cgd以及提高器件閾值電壓VTH實(shí)現(xiàn)。VTH與環(huán)境溫度程負(fù)相關(guān)，因此器件dv/dt能力隨溫度的升高而降低。
2、寄生三極管（BJT）開啟
在MOSFET的結(jié)構(gòu)中，存在寄生三極管（BJT）、電容Cds，如下圖：
如上圖，當(dāng)器件漏極dv/dt過大時，由于電容Cds的充放電，P-區(qū)會產(chǎn)生感應(yīng)電流Ib:
Ib=Cds×dv/dt
由于P-區(qū)電阻Rb的存在，電流Ib流過Rb會在兩端產(chǎn)生電壓差Vbe;
Vbe=Ib×Rb= Cds×dv/dt×Rb
當(dāng)Rb兩端電壓差Vbe大于三極管的開啟電壓Vbi時，寄生三極管開啟，使器件燒毀。由上式可以得到電路所允許的最大頻率：
在此失效模式下，如果想提高M(jìn)OSFET器件dv/dt能力，可以通過降低P-區(qū)電阻Rb、源-漏電容Cds實(shí)現(xiàn)。電阻Rb與環(huán)境溫度程正相關(guān)，因此器件dv/dt能力隨溫度的升高而降低。
素材來源：功率半導(dǎo)體社
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