理解功率MOSFET的UIS及雪崩能量

目前測量使用的電感，不同的公司有不同的標準，對于低壓的MOSFET，大多數公司開始趨向于用0.1mH的電感值。通常發現：如果電感值越大，盡管雪崩的電流值會降低，但最終測量的雪崩能量值會增加，原因在于電感增加，電流上升的速度變慢，這樣芯片就有更多的時間散熱，因此最后測量的雪崩能量值會增加。這其中存在動態熱阻和熱容的問題，以后再論述這個問題。

雪崩的損壞方式
圖3顯示了UIS工作條件下，器件雪崩損壞以及器件沒有損壞的狀態。

圖3 UIS損壞波形

事實上，器件在UIS工作條件下的雪崩損壞有兩種模式：熱損壞和寄生三極管導通損壞。熱損壞就是功率MOSFET在功率脈沖的作用下，由于功耗增加導致結溫升高，結溫升高到硅片特性允許的臨界值，失效將發生。

寄生三極管導通損壞：在MOSFET內部，有一個寄生的三極管（見圖4），通常三級管的擊穿電壓通常低于MOSFET的電壓。當DS的反向電流開始流過P區后，Rp和Rc產生壓降，Rp和Rc的壓降等于三極管BJT的VBEon。由于局部單元的不一致，那些弱的單元，由于基級電流IB增加和三級管的放大作用促使局部的三極管BJT導通，從而導致失控發生。此時，柵極的電壓不再能夠關斷MOSFET。

圖4 寄生三極管導通

在圖4中，Rp為源極下體內收縮區的電阻，Rc為接觸電阻，Rp和Rc隨溫度增加而增加，射極和基極的開啟電壓VBE隨溫度的增加而降低。因此，UIS的能力隨度的增加而降低。

圖5 UIS損壞模式（VDD=150V，L=1mH，起始溫度25℃）

　　
在什么的應用條件下要考慮雪崩能量
從上面的分析就可以知道，對于那些在MOSFET的D和S極產生較大電壓的尖峰應用，就要考慮器件的雪崩能量，電壓的尖峰所集中的能量主要由電感和電流所決定，因此對于反激的應用，MOSFET關斷時會產生較大的電壓尖峰。通常的情況下，功率器件都會降額，從而留有足夠的電壓余量。但是，一些電源在輸出短路時，初級中會產生較大的電流，加上初級電感，器件就會有雪崩損壞的可能，因此在這樣的應用條件下，就要考慮器件的雪崩能量。

另外，由于一些電機的負載是感性負載，而啟動和堵轉過程中會產生極大的沖擊電流，因此也要考慮器件的雪崩能量。