中心議題：

• E_{AS
  ，}I_AR和E_AR的定義及測量
• UIS條件下器件的雪崩損壞方式
• 考慮雪崩能量的應用條件

解決方案：

• 測量E_AS，I_AR和E_AR
• 分析需考慮雪崩能量的應用條件

在功率的數據表中，通常包括單脈衝雪崩能量E_AS
，雪崩電流I_AR，重複脈衝雪崩能量E_AR等參數，而許(xu)多(duo)電(dian)子(zi)工(gong)程(cheng)師(shi)在(zai)設(she)計(ji)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)，很(hen)少(shao)考(kao)慮(lv)到(dao)這(zhe)些(xie)參(can)數(shu)與(yu)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)的(de)應(ying)用(yong)有(you)什(shen)麼(me)樣(yang)的(de)聯(lian)係(xi)
，如(ru)何(he)在(zai)實(shi)際(ji)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)評(ping)定(ding)這(zhe)些(xie)參(can)數(shu)對(dui)其(qi)的(de)影(ying)響(xiang)，以(yi)及(ji)在(zai)哪(na)些(xie)應(ying)用(yong)條(tiao)件(jian)下(xia)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)這(zhe)些(xie)參(can)數(shu)。本(ben)文(wen)將(jiang)論(lun)述(shu)這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)

，同(tong)時(shi)探(tan)討(tao)功(gong)率(lv)MOSFET在非鉗位感性開關條件下的工作狀態。

E_AS，I_AR和E_AR的定義及測量

MOSFETdexuebengnengliangyuqijianderexingnenghegongzuozhuangtaixiangguan，qizuizhongdebiaoxianjiushiwendudeshangsheng，erwendushangshengyugonglvshuipingheguipianfengzhuangderexingnengxiangguan。gonglvbandaotiduikuaisugonglvmaichong（時間為100～200μs）的熱響應可以由式1說明：

其中，A是矽片麵積
，K常數與矽片的熱性能相關。由式(1)得：

其中，t_avshimaichongshijian。dangchangshijianzaididianliuxiaceliangxuebengnengliangshi，xiaohaodegonglvjiangshiqijiandewendushenggao
，qijiandeshixiaodianliuyouqidadaodefengzhiwendusuojueding。ruguoqijianzugoulaokao，wendubuchaoguozuigaodeyunxujiewen，jiukeyiweichiceliang。zaiciguochengnei
，jiewentongchangcong25℃增加到T_JMAX，外部環境溫度恒定為25℃
，電流通常設定在I_D的60%。雪崩電壓V_AV大約為1.3倍器件額定電壓。

雪崩能量通常在非鉗位感性開關UIS條件下測量。其中
，有兩個值E_AS和E_AR，E_AS為單脈衝雪崩能量，定義了單次雪崩狀態下器件能夠消耗的最大能量；E_AR為重複脈衝雪崩能量。雪崩能量依賴於電感值和起始的電流值。

圖1為V_DD去耦的E_AS測量電路及波形。其中，驅動MOSFET為Q1，待測量的MOSFET為D_UT，L為電感，D為續流管。待測量的MOSFET和驅動MOSFET同時導通，電源電壓V_DD加在電感上，電感激磁，其電流線性上升，經導通時間t_p後，電感電流達到最大值；然後待測量的MOSFET和驅動MOSFET同時關斷，由於電感的電流不能突變


，在切換的瞬間

，要維持原來的大小和方向
，因此續流二極管D導通。

由於MOSFET的DS之間有寄生電容
，因此，在D導通續流時，電感L和C_DS形成諧振回路，L的電流降低使C_DS上的電壓上升，直到電感的電流為0，D自然關斷

，L中儲存的能量應該全部轉換到C_DS中。
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如果電感L為0.1mH，I_AS=10A，C_DS=1nF，理論上，電壓V_DS為：
 

C_DSV_DS²=LI_AS²               (3)

V_DS=3100V

這樣高的電壓值是不可能的，那麼為什麼會有這樣的情況？從實際的波形上看，MOSFET的DS區域相當於一個反並聯的二極管。由於這個二極管兩端加的是反向電壓，因此處於反向工作區，隨著DS的電壓V_DS增加，增加到接近於對應穩壓管的鉗位電壓也就是 V(BR)DSS時
，V_DS的電壓就不會再明顯的增加，而是維持在V(BR)DSS值基本不變，如圖1所示。此時，MOSFET工作於雪崩區，V(BR)DSS就是雪崩電壓
，對於單次脈衝，加在MOSFET上的能量即為雪崩能量E_AS：

E_AS=LI_AS²/2                 (4)

同時，由於雪崩電壓是正溫度係數，當MOSFETneibudemouxiedanyuanwenduzengjia，qinaiyazhiyezengjia
，yinci，naxiewendudidedanyuanzidongpingheng
，liuguogengduodedianliuyitigaowenducongertigaoxuebengdianya。lingwai，celiangzhiyilaiyuxuebengdianya，erzaiquciqijian
，xuebengdianyajiangsuiwendudezengjiaerbianhua。

在上述公式中，有一個問題
，那就是如何確定I_AS？當電感確定後
，是由tp來確定的嗎？事實上，對於一個MOSFET器件
，要首先確定I_AS。如圖1所示的電路中，電感選定後，不斷地增加電流
，直到將MOSFET完全損壞

，然後將此時的電流值除以1.2或1.3，即降額70%或80%，所得到的電流值即為I_AS。注意到I_AS和L固定後，t_p也是確定的。

過去，傳統的測量E_AS的電路圖和波形如圖2所示。注意到，V_DS最後的電壓沒有降到0，而是V_DD，也就是有部分的能量沒有轉換到雪崩能量中。

在關斷區，圖2（b）對應的三角形麵積為能量
，不考慮V_DD

，去磁電壓為V_DS，實際的去磁電壓為V_DS-V_DD
，因此雪崩能量為：

對於一些低壓的器件，VDS-VDD變得很小
，引入的誤差會較大
，因此限製了此測量電路的在低壓器件中的使用。

目前測量使用的電感，不同的公司有不同的標準，對於低壓的MOSFET
，大多數公司開始趨向於用0.1mH的電感值。通常發現：ruguodianganzhiyueda
，jinguanxuebengdedianliuzhihuijiangdi
，danzuizhongceliangdexuebengnengliangzhihuizengjia，yuanyinzaiyudianganzengjia，dianliushangshengdesudubianman，zheyangxinpianjiuyougengduodeshijiansanre，yincizuihouceliangdexuebengnengliangzhihuizengjia。zheqizhongcunzaidongtairezuhererongdewenti
，yihouzailunshuzhegewenti。

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。

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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在功率脈衝的作用下，由於功耗增加導致結溫升高，結溫升高到矽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於MOSFET的電壓。當DS的反向電流開始流過P區後，Rp和Rc產生壓降

，Rp和Rc的壓降等於三極管BJT的VBEon。由於局部單元的不一致，那些弱的單元
，由於基級電流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。

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。

在什麼的應用條件下要考慮雪崩能量

從上麵的分析就可以知道

，對於那些在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，因此對於反激的應用，MOSFETguanduanshihuichanshengjiaodadedianyajianfeng。tongchangdeqingkuangxia，gonglvqijiandouhuijiange
，congerliuyouzugoudedianyayuliang。danshi，yixiedianyuanzaishuchuduanlushi，chujizhonghuichanshengjiaodadedianliu，jiashangchujidiangan，qijianjiuhuiyouxuebengsunhuaidekeneng，yincizaizheyangdeyingyongtiaojianxia，jiuyaokaolvqijiandexuebengnengliang。

另外
，由於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衝擊電流，因此也要考慮器件的雪崩能量。