資源描述：
《mosfet 失效模式》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、問：MOSFET、IGBT、BJT各自適合于哪些應(yīng)用？答：MOSFET是當今最主流的開關(guān)器件，價格較高，開關(guān)速度極快(從數(shù)十K到數(shù)M都可應(yīng)用），從5W到數(shù)十萬W的各類拓撲電源都有應(yīng)用。相比于IGBT和BJT耐沖擊性好，故障率低。由于電導(dǎo)率負溫度系數(shù)，MOSFET可擴展性很好。大功率應(yīng)用時，如成本不敏感，如軍用、工業(yè)、高端消費產(chǎn)品，MOSFET是最優(yōu)選擇。低壓大電流領(lǐng)域是MOSFET的強項。IGBT是和功率MOSFET同步發(fā)展起來的一類開關(guān)器件，IGBT的優(yōu)點在于做大功率時成本低，堪稱“窮人的法拉利”，耐壓比MOSFET容易做高。相比于
2、BJT，更少被二次擊穿而失效。常用于高壓（>600V)應(yīng)用領(lǐng)域。以及低端大功率（>2000W)設(shè)備，如電磁爐、逆變器等。BJT是最老的開關(guān)器件，目前由于國內(nèi)仍有一批尚未淘汰的BJT生產(chǎn)線沒有停產(chǎn)，仍然活躍于低端市場。低壓BJT開關(guān)頻率可以較高，但由于飽和CE壓降高達0.4V以上而遠遜于MOSFET，只被用在最低端領(lǐng)域。高壓BJT驅(qū)動麻煩，需使用低壓大電流的電流源驅(qū)動，一般使用變壓器驅(qū)動。在驅(qū)動不當或電壓應(yīng)力過大時容易發(fā)生二次擊穿而失效。適合中功率(50~1000W)，對成本極度敏感的市場。BJT有兩種驅(qū)動方式，一種是基極開關(guān)，一種是射
3、極開關(guān)。射極開關(guān)的效率和開關(guān)速度都優(yōu)于基極開關(guān)，是BJT應(yīng)用的潮流。問：MOSFET、IGBT、BJT的穩(wěn)定性受哪些因素控制？常見的失效模式有哪些？答：MOSFET是穩(wěn)定性最好的器件，不容易損壞。MOSFET常見的失效模式有：柵極擊穿。即柵極和源極之間的絕緣層破壞。此時的MOSFET（此處均指增強型MOSFET）無法開啟。封裝破裂。這是由瞬間高熱引起的。在瞬間產(chǎn)熱過大，散熱不良的情形下，樹脂封裝材料部分分解氣化并膨脹，把封裝撐裂。漏源極之間擊穿。這是MOSFET最嚴重的一種失效模式，通常不易發(fā)生。發(fā)生后會導(dǎo)致短路而非斷路。會導(dǎo)致強電源
4、灌進弱電部分，如輸入電壓直接進入控制芯片而燒毀很多控制電路。通常是持續(xù)溫度太高引起的（管芯溫度大面積超過200度持續(xù)工作時才可能發(fā)生)IGBT穩(wěn)定性比MOSFET稍差，但仍強過BJT。除了MOSFET的失效模式外，還有二次擊穿的失效模式。當IGBT持續(xù)超過安全工作區(qū)工作時，會出現(xiàn)還未大面積發(fā)熱就出現(xiàn)CE極擊穿的現(xiàn)象，這種擊穿稱為二次擊穿。IGBT出現(xiàn)二次擊穿的可能性比BJT小很多，但仍有可能出現(xiàn)。BJT常見的失效模式有：二次擊穿：最常見的失效模式，表現(xiàn)為芯片并未大面積發(fā)熱，但CE之間持續(xù)低阻。此時BJT已經(jīng)損壞。如果是用在電源上沒有保
5、護，則會進一步發(fā)展為整管熔毀。CB間絕緣破壞：比較少見，通常發(fā)生在整管熔毀時，或CB間承受的電壓高于VCBO時擊穿。熱擊穿：在高溫下管子熱失效。通常不易發(fā)生，因二次擊穿發(fā)生更加容易，先發(fā)生二次擊穿。問：MOSFET、IGBT、BJT三種開關(guān)器件的開關(guān)損耗主要產(chǎn)生在哪里？如何估計損耗？答：開關(guān)器件的開關(guān)損耗根據(jù)成因主要分為兩種：電流--電壓交叉損耗和輸出電容損耗。MOSFET開關(guān)極快，而且是多子導(dǎo)電器件，沒有拖尾電流，損耗主要是開通時的輸出電容放電損耗。計算公式為:Ploss=f*0.5*Coss*V^2,V是MOSFET開通前一瞬間承
6、受的電壓。IGBT開關(guān)速度較快，沒有存儲時間，但存在拖尾電流。拖尾電流，就是在VCE已經(jīng)升高的情況下，CE之間仍然有一股小電流流通一段時間，拖尾電流導(dǎo)致的電流--電壓交叉損耗構(gòu)成了IGBT的主要損耗。BJT開關(guān)速度慢，而且是少子器件，存在存儲時間。存儲時間就是基極電流已經(jīng)切斷甚至反向，而集極和射極仍然保持完全導(dǎo)通的時間。在存儲時間后進入下降時間。下降時間是電壓、電流交叉的時間，交叉損耗發(fā)生在下降時間。低壓BJT由于β值高，下降時間比較短，存儲時間也可以通過肖特基箝位電路大幅減小，因此主要損耗在于導(dǎo)通損耗，開關(guān)損耗不太大。高壓BJT的存
7、儲時間不容易通過箝位控制，下降時間也較長，主要損耗包括電流--電壓交叉損耗。但必須注意，采用射極開關(guān)的BJT沒有存儲時間，下降時間也很短，開關(guān)損耗可以達到MOSFET的水準。問：MOSFET、IGBT、BJT三種開關(guān)器件如何實現(xiàn)軟開關(guān)？答：從損耗分析上來看，MOSFET的主要損耗是輸出電容放電損耗，因此需要實現(xiàn)零電壓開通，即開通前一瞬間DS電壓為0.電路形式有LLC半橋以及準方波諧振的變換器，如移相全橋ZVS，準諧振反激。IGBT的主要損耗來自拖尾電流，因此需要實現(xiàn)零電流關(guān)斷，消除拖尾電流，即關(guān)斷前一瞬間CE電流為0.電路形式有ZCS
8、半橋、ZCS全橋。BJT的主要損耗和IGBT相仿，主要在關(guān)斷時有電流--電壓交叉損耗，因此也應(yīng)實行零電流關(guān)斷。采用射極開關(guān)的BJT，硬開關(guān)對損耗的升高作用不明顯，因此最適合單端，硬開關(guān)的變換器，如單端正激，單端反激。??
