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xuduodianzigongchengshizaishejidianyuanxitongdeguochengzhong，henshaokaolvdaozhexiecanshuyudianyuanxitongdeyingyongyoushenmeyangdelianxi
，ruhezaishijideyingyongzhongpingdingzhexiecanshuduiqideyingxiang，yijizainaxieyingyongtiaojianxiaxuyaokaolvzhexiecanshu。benwenjianglunshuzhexiewenti，tongshitantaogonglvMOSFET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

MOSFET的(de)雪(xue)崩(beng)能(neng)量(liang)與(yu)器(qi)件(jian)的(de)熱(re)性(xing)能(neng)和(he)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)相(xiang)關(guan)，其(qi)最(zui)終(zhong)的(de)表(biao)現(xian)就(jiu)是(shi)溫(wen)度(du)的(de)上(shang)升(sheng)，而(er)溫(wen)度(du)上(shang)升(sheng)與(yu)功(gong)率(lv)水(shui)平(ping)和(he)矽(gui)片(pian)封(feng)裝(zhuang)的(de)熱(re)性(xing)能(neng)相(xiang)關(guan)。功(gong)率(lv)半(ban)導(dao)體(ti)對(dui)快(kuai)速(su)功(gong)率(lv)脈(mai)衝(chong)（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MOSFET內(nei)部(bu)的(de)某(mou)些(xie)單(dan)元(yuan)溫(wen)度(du)增(zeng)加(jia)，其(qi)耐(nai)壓(ya)值(zhi)也(ye)增(zeng)加(jia)，因(yin)此(ci)，那(na)些(xie)溫(wen)度(du)低(di)的(de)單(dan)元(yuan)自(zi)動(dong)平(ping)衡(heng)，流(liu)過(guo)更(geng)多(duo)的(de)電(dian)流(liu)以(yi)提(ti)高(gao)溫(wen)度(du)從(cong)而(er)提(ti)高(gao)雪(xue)崩(beng)電(dian)壓(ya)。另(ling)外(wai)，測(ce)量(liang)值(zhi)依(yi)賴(lai)於(yu)雪(xue)崩(beng)電(dian)壓(ya)
，而(er)在(zai)去(qu)磁(ci)期(qi)間(jian)
，雪(xue)崩(beng)電(dian)壓(ya)將(jiang)隨(sui)溫(wen)度(du)的(de)增(zeng)加(jia)而(er)變(bian)化(hua)。

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：如ru果guo電dian感gan值zhi越yue大da，盡jin管guan雪xue崩beng的de電dian流liu值zhi會hui降jiang低di
，但dan最zui終zhong測ce量liang的de雪xue崩beng能neng量liang值zhi會hui增zeng加jia

，原yuan因yin在zai於yu電dian感gan增zeng加jia，電dian流liu上shang升sheng的de速su度du變bian慢man，這zhe樣yang芯xin片pian就jiu有you更geng多duo的de時shi間jian散san熱re，因yin此ci最zui後hou測ce量liang的de雪xue崩beng能neng量liang值zhi會hui增zeng加jia。這zhe其qi中zhong存cun在zai動dong態tai熱re阻zu和he熱re容rong的de問wen題ti，以yi後hou再zai論lun述shu這zhe個ge問wen題ti。

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
，MOSFET關(guan)斷(duan)時(shi)會(hui)產(chan)生(sheng)較(jiao)大(da)的(de)電(dian)壓(ya)尖(jian)峰(feng)。通(tong)常(chang)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)都(dou)會(hui)降(jiang)額(e)
，從(cong)而(er)留(liu)有(you)足(zu)夠(gou)的(de)電(dian)壓(ya)餘(yu)量(liang)。但(dan)是(shi)
，一(yi)些(xie)電(dian)源(yuan)在(zai)輸(shu)出(chu)短(duan)路(lu)時(shi)，初(chu)級(ji)中(zhong)會(hui)產(chan)生(sheng)較(jiao)大(da)的(de)電(dian)流(liu)
，加(jia)上(shang)初(chu)級(ji)電(dian)感(gan)，器(qi)件(jian)就(jiu)會(hui)有(you)雪(xue)崩(beng)損(sun)壞(huai)的(de)可(ke)能(neng)，因(yin)此(ci)在(zai)這(zhe)樣(yang)的(de)應(ying)用(yong)條(tiao)件(jian)下(xia)
，就(jiu)要(yao)考(kao)慮(lv)器(qi)件(jian)的(de)雪(xue)崩(beng)能(neng)量(liang)。

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。