MOS管掩护办法手艺申明详解-KIA MOS管
信息来历：本站 日期：2020-10-26
固然功率MOS管有诸多长处,但在电路设想进程中,功率MOS管常常是最轻易粉碎的元件,要想宁静靠得住的操纵好功率MOS管并不轻易,因此功率MOS管的驱动和掩护题目是功率器件设计的关头。
图1为功率MOS管的宁静任务区(SOA)曲线,晶体管的击穿电压决议了其最大的漏源电压VDS ,电迁徙限定肯定了晶体管的最大漏极电流ID。芯片的最高任务温度与散热配合决议了最大的稳态功PD。图中虚线表现的是SOA边境,实线显现了削减的SOA地区,为该器件的现实环境。
从图中可以或许看到功率MOS管的SOA规模受电学SOA和热学SOA限定,跨越该限定,功率管将在极短时候内(凡是为10ms)销毁。
MOS管掩护办法：电学SOA限定
功率MOS管的电学SOA限定凡是接纳漏源击穿电压BVDSS的巨细来权衡。因为MOS内部存在寄生的与MOS管并联的双极晶体管如图2所示，MOS漏源击穿电压BV的幅度会随内部寄生双极晶体管的导通而减小，而内部寄生双极晶体管的导通将致使漏极电流持续增大,击穿电压进一步减小，从而构成一个正反应布局。
此时若是不能限定该电流的持续增大，则器件终究会因过热自毁。若是向MOS管注人恒定电流,漏源电压会增大并跨越击穿电压BV,以后漏源电压将回跳到必然的低值。流经漏区-衬底的大电流形成激烈的局部过热，若是不操纵内部手腕中断漏极电流，晶体管的这局部温度会很快降落到粉碎性水平。是以对功率MOS管的过压及过温掩护长短常须要的。
图3为一种简略的功率MOS管过压掩护结构,接纳在功率MOS管旁并联一个反偏二极管的体例，因为反偏二极管的特征,当Vds电压变大超过二极管DI的反向击穿电压时,二极管反向导通，电流从二极管流过,从而限定了功率管Vds的巨细,对MOS管起到必然的掩护感化。
MOS管掩护办法：热学SOA限定
MOS布局中固有寄生双极型晶体管具备和其余双极晶体管一样的错误谬误，特别是会呈现热击穿。当在瞬态过载的环境下,雪崩击穿的M0S管可接收必然水平的能量，因为遭到电学SOA限制,功率管凡是会具备很低的雪崩击穿标度,在发生雪崩击穿时,约1ms的提早后,堆积的电流就会将雪崩MOS管销毁。
是以在设想大功率晶体管时,咱们必须斟酌若何给功率管散热和对其停止过热掩护题目。功率管散热普通有以下四种体例:
①过热掩护电路设想
电路设想中接纳过热掩护布局,当温度到达必然水平,关断功率管输入,按捺过大电流发生的热量;图4为一典范的过温掩护电路布局,该电路操纵三极管的基极-发射极电压的负温度系数特性,发生正温度系数电流与电流源中电流比拟较。
普通温度下，因为Vbg小于Q1、Q2的BE结电压，Q1、Q2.Q3停止,Vp输入低电平;当温度降落时，Q1、Q2的BE结电压减小，而Vbg坚持稳定,Q1、Q2、Q3慢慢进入导通状况,但Q3中电流仍小于电流源电流，Vp输入仍低电平,当温度到达T1℃后,流过Q3的电流大于电流源中电流,Vp输入高电平,掩护电路起感化。
此时M9导通,其导通电阻与R4并联降落了Q1 - R4-R5-Q2支路上的电阻,是以流过Q3的电流进一步加大。当温度慢慢降落时,BE结电压慢慢增大，流过Q3的电流慢慢削减，当温度降落到T1℃时,M9仍在导通状况,流过Q3的电流仍大于电流源电流,是以掩护仍持续,当温度降落到T2℃时, Vbg小于Q1、Q2的BE结电压,掩护电路关断。
是以该过温保护具备必然的迟滞结果，可以或许防止掩护电路在同一温度开启关断。因为Vp与功率MOS管MP的栅极相连，是以当功率管的温度太高时，掩护电路敏捷启动，降落功率MOS管的栅压（NMOS）使得功率MOS管关断，从而起到掩护MOS功率管的感化。
②增大功率管与衬底的打仗面积
在不转变功率管驱动才能(即不转变宽长比)的环境下,增大芯片幅员面积，增添栅极与源极和栅极与漏极的空隙,进步功率管与衬底的接触面积来进步芯片的散热才能,其错误谬误是增大了芯片面积，进步芯片本钱。
③接纳散热杰出的封装情势
图5为集成电路的热耗散表现图,从图中可以看出,芯片在普通任务时,经由过程传导、辐射、对流等体例向外散发烧量其等效热阻如图6所示。
热阻大表现器件传热阻抗大,传热坚苦,是以比拟轻易发生热的题目，热阻小表现器件传热较轻易。是以散热题目较小。为了减小封装的热阻巨细。咱们常常接纳具备较高热导率的金属封装或陶瓷封装布局,同时进步芯片的粘接工艺,降落粘接处的热阻巨细。
④硅片反面减薄手艺
今朝国际代工场中,6寸硅圆片的厚度普通为600ym摆布，而电路层的厚度普通以A°为计最单元。绝对衬底厚度仅为薄薄的一层。对硅圆片停止反面减薄则可以或许在保障其机器应力杰出的环境下削减热阻巨细，进步热分散效力，加强芯片的机能和寿命。
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