功率MOS管燒毀的原因以及相應(yīng)的預(yù)防措施。在本文中，我將會(huì)介紹功率MOS管的基本結(jié)構(gòu)、工作原理，以及可能導(dǎo)致功率MOS管燒毀的原因，并提供相應(yīng)的解決方案。

1. 功率MOS管的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

功率MOS管是一種常用的功率電子器件，其結(jié)構(gòu)和普通MOS管相似，但是其承受的電壓和電流要比普通MOS管大得多。功率MOS管一般由N型或P型半導(dǎo)體材料制成，具有源極、漏極和柵極三個(gè)電極。柵極是功率MOS管的控制極，可以通過柵極電壓來控制功率MOS管的導(dǎo)通和截止。

當(dāng)功率MOS管處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，源極和漏極之間的電阻很小，電流可以通過功率MOS管流動(dòng)。而當(dāng)功率MOS管處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，源極和漏極之間的電阻很大，電流無法通過功率MOS管流動(dòng)。因此，功率MOS管的導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)可以通過柵極電壓來控制。

2. 功率MOS管燒毀的原因

盡管功率MOS管是一種可靠的器件，但是在使用過程中，它們可能會(huì)燒毀。下面我們將介紹一些可能導(dǎo)致功率MOS管燒毀的原因。

2.1 過電壓

功率MOS管在工作時(shí)，承受的電壓很大。但是如果電路中出現(xiàn)過電壓，就會(huì)導(dǎo)致功率MOS管燒毀。過電壓指的是電路中電壓突然增加到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過功率MOS管承受范圍的情況。

過電壓可能由于以下原因產(chǎn)生：

電源電壓異常

開關(guān)電路失效

電感和電容器反復(fù)開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的反向電壓

當(dāng)功率MOS管承受過電壓時(shí)，其擊穿電壓可能會(huì)被超過，導(dǎo)致器件損壞。

2.2 過電流

功率MOS管在工作時(shí)，承受的電流也很大。但是如果電路中出現(xiàn)過電流，也會(huì)導(dǎo)致功率MOS管燒毀。過電流指的是電路中電流突然增加到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過功率MOS管承受范圍的情況。

過電流可能由于以下原因產(chǎn)生：

輸出負(fù)載過大

開關(guān)電路失效

電感和電容器反復(fù)開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的反向電流

當(dāng)功率MOS管承受過電流時(shí)，其電阻可能會(huì)被超過，導(dǎo)致器件發(fā)熱過度而燒毀。

2.3 溫度過高

功率MOS管在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，但是如果功率MOS管周圍的溫度過高，也會(huì)導(dǎo)致功率MOS管燒毀。溫度過高可能由于以下原因產(chǎn)生：

環(huán)境溫度過高

散熱器失效

輸出負(fù)載過大

當(dāng)功率MOS管周圍的溫度過高時(shí)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能會(huì)被損壞，導(dǎo)致器件失效。

3. 功率MOS管燒毀的預(yù)防措施

為了避免功率MOS管的燒毀，我們可以采取一些預(yù)防措施，下面列舉一些常用的方法：

3.1 電路設(shè)計(jì)

在電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該合理選擇功率MOS管的型號(hào)和參數(shù)，以確保其能夠承受所需的電壓和電流。此外，還應(yīng)該合理設(shè)計(jì)電路，避免出現(xiàn)過電壓和過電流的情況。例如，在開關(guān)電路中，可以添加電容器和電感器，以減少反向電壓和反向電流的影響。唯樣商城自建高效智能倉(cāng)儲(chǔ)，擁有自營(yíng)庫(kù)存超100,000種，提供一站式正品現(xiàn)貨采購(gòu)、個(gè)性化解決方案、選型替代等多元 化服務(wù)。

3.2 散熱設(shè)計(jì)

在使用功率MOS管時(shí)，應(yīng)該注意散熱問題。如果功率MOS管長(zhǎng)時(shí)間工作在高溫環(huán)境中，其溫度可能會(huì)升高到超過其承受范圍，導(dǎo)致器件燒毀。因此，應(yīng)該合理設(shè)計(jì)散熱器，確保功率MOS管能夠有效散熱。例如，在高功率應(yīng)用中，可以使用風(fēng)扇或液冷散熱器。

3.3 過流保護(hù)

在電路設(shè)計(jì)中，可以添加過流保護(hù)電路，以避免功率MOS管燒毀。過流保護(hù)電路可以監(jiān)測(cè)電路中的電流，當(dāng)電流超過一定的限制值時(shí)，會(huì)自動(dòng)切斷電路，以保護(hù)功率MOS管不被過流燒毀。

3.4 溫度保護(hù)

在電路設(shè)計(jì)中，可以添加溫度保護(hù)電路，以避免功率MOS管燒毀。溫度保護(hù)電路可以監(jiān)測(cè)功率MOS管周圍的溫度，當(dāng)溫度超過一定的限制值時(shí)，會(huì)自動(dòng)切斷電路，以保護(hù)功率MOS管不被過熱燒毀。

功率MOS管燒毀主要由過電壓、過流、散熱不足、驅(qū)動(dòng)異常及靜電損傷等核心因素導(dǎo)致，具體原因及防護(hù)方案如下：

過電壓擊穿

當(dāng)漏源電壓超過額定耐壓時(shí)，雪崩擊穿會(huì)產(chǎn)生焦耳熱，導(dǎo)致芯片局部熔融。例如共享充電寶主板因未配置TVS管，在30V浪涌下直接擊穿。防護(hù)方案包括在漏源極并聯(lián)TVS管(鉗位電壓低于額定值的80%)，并針對(duì)感性負(fù)載采用RCD吸收回路限制尖峰能量。 ?

過流失效

長(zhǎng)時(shí)間高電流或負(fù)載突變會(huì)引發(fā)金屬層熔斷或鍵合線燒毀。某光伏逆變器案例中，未考慮SOA曲線導(dǎo)致5kW負(fù)載下結(jié)溫飆升至200℃以上。防護(hù)措施包括多管并聯(lián)均流(對(duì)稱布局與0.1%精度均流電阻)、快速熔斷保護(hù)(響應(yīng)時(shí)間<10μs)及降額設(shè)計(jì)(實(shí)際工作電壓不超過額定值的70%)。 ?

靜電損傷

靜電放電可在1ns內(nèi)產(chǎn)生數(shù)千伏電壓，造成柵源短路。實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)顯示未加防護(hù)的2N7002在2000V ESD沖擊下失效率達(dá)90%。防護(hù)方案采用三級(jí)防護(hù)體系(串聯(lián)10kΩ電阻+TVS管+柵極下拉電阻)，并控制車間濕度>40%。 ?

驅(qū)動(dòng)異常

柵極驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)引發(fā)米勒振蕩，導(dǎo)致瞬時(shí)功率劇增。某伺服驅(qū)動(dòng)器案例中因柵極電阻過大(100Ω)，開關(guān)時(shí)間延長(zhǎng)至2μs，瞬時(shí)功率達(dá)9600W。建議根據(jù)Qg參數(shù)計(jì)算動(dòng)態(tài)阻抗匹配(如Qgd=30nC時(shí)選用4.7Ω電阻)。 ?

散熱不足

高負(fù)載下若散熱不良，結(jié)溫可能超過安全閾值。需確保散熱路徑暢通，必要時(shí)增加散熱片或均熱板。 ?

MOS 管在使用過程中突然損壞，可能有哪些常見原因?

在電子電路的世界里，MOS 管憑借其低功耗、高開關(guān)速度等特性，成為了眾多電路設(shè)計(jì)中的核心元件。然而，在實(shí)際使用過程中，MOS 管卻可能突然損壞，導(dǎo)致整個(gè)電路無法正常工作，甚至引發(fā)更嚴(yán)重的故障。深入探究 MOS 管損壞的常見原因，不僅有助于工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)和使用中避免這些問題，還能提升電路的穩(wěn)定性和可靠性。接下來，我們就來詳細(xì)分析 MOS 管突然損壞背后的 “真兇”。

一、過壓擊穿

1.1 柵極過壓

MOS 管的柵極與源極之間是一層非常薄的絕緣氧化層，這使得柵極對(duì)電壓極為敏感。當(dāng)柵極 - 源極電壓超過其額定值時(shí)，很容易擊穿這層氧化層，導(dǎo)致 MOS 管永久性損壞。在實(shí)際電路中，柵極驅(qū)動(dòng)電路的異常是導(dǎo)致柵極過壓的常見因素。例如，驅(qū)動(dòng)芯片故障、柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的干擾等，都可能使柵極電壓瞬間升高。在一些 DIY 電子項(xiàng)目中，由于對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，沒有做好適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，當(dāng)電路受到外界電磁干擾時(shí)，柵極電壓可能會(huì)瞬間超過額定值，造成 MOS 管損壞。

1.2 漏極過壓

漏極 - 源極之間的電壓超過 MOS 管的耐壓值時(shí)，會(huì)發(fā)生雪崩擊穿或齊納擊穿。在開關(guān)電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等電路中，當(dāng) MOS 管關(guān)斷時(shí)，由于電感等儲(chǔ)能元件的存在，會(huì)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如果沒有有效的吸收電路，這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可能會(huì)疊加在電源電壓上，使超過 MOS 管的耐壓極限。比如在直流電機(jī)的 H 橋驅(qū)動(dòng)電路中，當(dāng) MOS 管關(guān)斷時(shí)，電機(jī)繞組的電感會(huì)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)，如果沒有續(xù)流二極管及時(shí)釋放這個(gè)能量，就可能導(dǎo)致 MOS 管承受過高的電壓而損壞。

二、過流燒毀

2.1 短路故障

電路中出現(xiàn)短路是導(dǎo)致 MOS 管過流的最直接原因。短路可能是由于元件焊接錯(cuò)誤、電路板布線不合理導(dǎo)致的線路短路，也可能是負(fù)載短路引起的。例如，在電源電路中，如果負(fù)載端的電容發(fā)生擊穿短路，電源輸出的電流會(huì)瞬間增大，此時(shí) MOS 管作為電源開關(guān)元件，會(huì)承受過大的電流。當(dāng)電流超過 MOS 管的額定電流時(shí)，MOS 管的導(dǎo)通電阻會(huì)迅速發(fā)熱，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，最終燒毀 MOS 管。

2.2 過載運(yùn)行

即使電路沒有發(fā)生短路，但如果 MOS 管長(zhǎng)時(shí)間在接近或超過其額定電流的狀態(tài)下運(yùn)行，也會(huì)加速其老化并最終導(dǎo)致?lián)p壞。在一些功率放大電路中，如果負(fù)載阻抗不匹配，使得 MOS 管輸出的電流過大，或者散熱條件不佳，無法及時(shí)將 MOS 管產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，就會(huì)使 MOS 管的溫度不斷升高。當(dāng)溫度超過 MOS 管的極限工作溫度時(shí)，其性能會(huì)急劇下降，最終導(dǎo)致?lián)p壞。

三、散熱不良

MOS 管在工作過程中會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，尤其是在大功率應(yīng)用場(chǎng)景中，熱量的積累如果不能及時(shí)散發(fā)出去，會(huì)使 MOS 管的結(jié)溫不斷升高。當(dāng)結(jié)溫超過其額定結(jié)溫時(shí)，MOS 管的性能會(huì)受到嚴(yán)重影響，甚至?xí)?dǎo)致器件損壞。散熱不良可能是由于散熱片選型不當(dāng)、散熱片與 MOS 管之間的導(dǎo)熱硅脂涂抹不均勻、電路板的散熱設(shè)計(jì)不合理等原因造成的。例如，在一款功率為 100W 的 DC - DC 電源模塊中，由于散熱片的面積過小，且沒有良好的通風(fēng)條件，在長(zhǎng)時(shí)間滿負(fù)荷工作后，MOS 管的溫度迅速上升，最終因過熱而損壞。