功率MOS管燒毀的原因（米勒效應）

• 來源：hth体育官网登录 更新時間：2020-06-05 09:38:06點擊：6次

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  功率MOS管燒毀的原因（米勒效應）
  

  
  

  
  

  本文來源：麵包板社區

   

          Mos在控製器電路中的工作狀態：開通過程（由截止到導通的過渡過程）、導通狀態、關(guan) 斷過程（由導通到截止的過渡過程）、截止狀態。

   

          Mos主要損耗也對應這幾個(ge) 狀態，開關(guan) 損耗（開通過程和關(guan) 斷過程），導通損耗，截止損耗（漏電流引起的，這個(ge) 忽略不計），還有雪崩能量損耗。隻要把這些損耗控製在mos承受規格之內(nei) ，mos即會(hui) 正常工作，超出承受範圍，即發生損壞。而開關(guan) 損耗往往大於(yu) 導通狀態損耗（不同mos這個(ge) 差距可能很大。

   

          Mos損壞主要原因：

          過流----------持續大電流或瞬間超大電流引起的結溫過高而燒毀；

          過壓----------源漏過壓擊穿、源柵極過壓擊穿；

          靜電----------靜電擊穿。CMOS電路都怕靜電；

          Mos開關(guan) 原理（簡要）。Mos是電壓驅動型器件，隻要柵極和源級間給一個(ge) 適當電壓，源級和漏級間通路就形成。這個(ge) 電流通路的電阻被成為(wei) mos內(nei) 阻，就是導通電阻。這個(ge) 內(nei) 阻大小基本決(jue) 定了mos芯片能承受的最大導通電流（當然和其它因素有關(guan) ，最有關(guan) 的是熱阻）。內(nei) 阻越小承受電流越大（因為(wei) 發熱小）。

          Mos問題遠沒這麽(me) 簡單，麻煩在它的柵極和源級間，源級和漏級間，柵極和漏級間內(nei) 部都有等效電容。所以給柵極電壓的過程就是給電容充電的過程（電容電壓不能突變），所以mos源級和漏級間由截止到導通的開通過程受柵極電容的充電過程製約。

          然而，這三個(ge) 等效電容是構成串並聯組合關(guan) 係，它們(men) 相互影響，並不是獨立的，如果獨立的就很簡單了。其中一個(ge) 關(guan) 鍵電容就是柵極和漏級間的電容Cgd，這個(ge) 電容業(ye) 界稱為(wei) 米勒電容。這個(ge) 電容不是恒定的，隨柵極和漏級間電壓變化而迅速變化。這個(ge) 米勒電容是柵極和源級電容充電的絆腳石，因為(wei) 柵極給柵-源電容Cgs充電達到一個(ge) 平台後，柵極的充電電流必須給米勒電容Cgd充電，這時柵極和源級間電壓不再升高，達到一個(ge) 平台，這個(ge) 是米勒平台（米勒平台就是給Cgd充電的過程），米勒平台大家首先想到的麻煩就是米勒振蕩。（即，柵極先給Cgs充電，到達一定平台後再給Cgd充電）

          因為(wei) 這個(ge) 時候源級和漏級間電壓迅速變化，內(nei) 部電容相應迅速充放電，這些電流脈衝(chong) 會(hui) 導致mos寄生電感產(chan) 生很大感抗，這裏麵就有電容，電感，電阻組成震蕩電路（能形成2個(ge) 回路），並且電流脈衝(chong) 越強頻率越高震蕩幅度越大。所以最關(guan) 鍵的問題就是這個(ge) 米勒平台如何過渡。

          Gs極加電容，減慢mos管導通時間，有助於(yu) 減小米勒振蕩。防止mos管燒毀。

  過快的充電會(hui) 導致激烈的米勒震蕩，但過慢的充電雖減小了震蕩，但會(hui) 延長開關(guan) 從(cong) 而增加開關(guan) 損耗。Mos開通過程源級和漏級間等效電阻相當於(yu) 從(cong) 無窮大電阻到阻值很小的導通內(nei) 阻（導通內(nei) 阻一般低壓mos隻有幾毫歐姆）的一個(ge) 轉變過程。比如一個(ge) mos最大電流100a，電池電壓96v，在開通過程中，有那麽(me) 一瞬間（剛進入米勒平台時）mos發熱功率是P=V*I(此時電流已達最大，負載尚未跑起來，所有的功率都降落在MOS管上)，P=96*100=9600w！這時它發熱功率最大，然後發熱功率迅速降低直到完全導通時功率變成100*100*0.003=30w（這裏假設這個(ge) mos導通內(nei) 阻3毫歐姆）。開關(guan) 過程中這個(ge) 發熱功率變化是驚人的。

          如果開通時間慢，意味著發熱從(cong) 9600w到30w過渡的慢，mos結溫會(hui) 升高的厲害。所以開關(guan) 越慢，結溫越高，容易燒mos。為(wei) 了不燒mos，隻能降低mos限流或者降低電池電壓，比如給它限製50a或電壓降低一半成48v，這樣開關(guan) 發熱損耗也降低了一半。不燒管子了。這也是高壓控容易燒管子原因，高壓控製器和低壓的隻有開關(guan) 損耗不一樣（開關(guan) 損耗和電池端電壓基本成正比，假設限流一樣），導通損耗完全受mos內(nei) 阻決(jue) 定，和電池電壓沒任何關(guan) 係。

          其實整個(ge) mos開通過程非常複雜。裏麵變量太多。總之就是開關(guan) 慢不容易米勒震蕩，但開關(guan) 損耗大，管子發熱大，開關(guan) 速度快理論上開關(guan) 損耗低（隻要能有效抑製米勒震蕩），但是往往米勒震蕩很厲害（如果米勒震蕩很嚴(yan) 重，可能在米勒平台就燒管子了），反而開關(guan) 損耗也大，並且上臂mos震蕩更有可能引起下臂mos誤導通，形成上下臂短路。所以這個(ge) 很考驗設計師的驅動電路布線和主回路布線技能。最終就是找個(ge) 平衡點（一般開通過程不超過1us）。開通損耗這個(ge) 最簡單，隻和導通電阻成正比，想大電流低損耗找內(nei) 阻低的。

          下麵介紹下對普通用戶實用點的

          Mos挑選的重要參數簡要說明。以datasheet舉(ju) 例說明。

          Qgs:指的是柵極從(cong) 0v充電到對應電流米勒平台時總充入電荷（實際電流不同，這個(ge) 平台高度不同，電流越大，平台越高，這個(ge) 值越大）。這個(ge) 階段是給Cgs充電（也相當於(yu) Ciss，輸入電容）。

          Qgd:指的是整個(ge) 米勒平台的總充電電荷（在這稱為(wei) 米勒電荷）。這個(ge) 過程給Cgd（Crss，這個(ge) 電容隨著gd電壓不同迅速變化）充電。

          下麵是型號stp75nf75。我們(men) 普通75管Qgs是27nc，Qgd是47nc。結合它的充電曲線。

          進入平台前給Cgs充電，總電荷Qgs 27nc，平台米勒電荷Qgd 47nc。而在開關(guan) 過衝(chong) 中，mos主要發熱區間是粗紅色標注的階段。從(cong) Vgs開始超過閾值電壓，到米勒平台結束是主要發熱區間。其中米勒平台結束後mos基本完全打開這時損耗是基本導通損耗（mos內(nei) 阻越低損耗越低）。閾值電壓前，mos沒有打開，幾乎沒損耗（隻有漏電流引起的一點損耗）。其中又以紅色拐彎地方損耗最大（Qgs充電將近結束，快到米勒平台和剛進入米勒平台這個(ge) 過程發熱功率最大（更粗線表示）。

          所以一定充電電流下，紅色標注區間總電荷小的管子會(hui) 很快度過，這樣發熱區間時間就短，總發熱量就低。所以理論上選擇Qgs和Qgd小的mos管能快速度過開關(guan) 區。

          導通內(nei) 阻。Rds（on）。這個(ge) 耐壓一定情況下是越低越好。不過不同廠家標的內(nei) 阻是有不同測試條件的。測試條件不同，內(nei) 阻測量值會(hui) 不一樣。同一管子，溫度越高內(nei) 阻越大（這是矽半導體(ti) 材料在mos製造工藝的特性，改變不了，能稍改善）。所以大電流測試內(nei) 阻會(hui) 增大（大電流下結溫會(hui) 顯著升高），小電流或脈衝(chong) 電流測試，內(nei) 阻降低（因為(wei) 結溫沒有大幅升高，沒熱積累）。有的管子標稱典型內(nei) 阻和你自己用小電流測試幾乎一樣，而有的管子自己小電流測試比標稱典型內(nei) 阻低很多（因為(wei) 它的測試標準是大電流）。當然這裏也有廠家標注不嚴(yan) 格問題，不要完全相信。

          所以選擇標準是：找Qgs和Qgd小的mos管，並同時符合低內(nei) 阻的mos管。

  
  

  
  

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