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  • 解析關于線性MOSFET
    • 發布時間:2023-05-04 18:35:20
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    解析關于線性MOSFET
    線性MOSFET是線性模式應用的最合適選擇,能夠確保可靠運作。然而,用于線性模式應用時,標準MOSFET容易產生電熱不穩定性(electro-thermal instability, ETI),可能導致器件損壞。
    A類音頻放大器、有源DC-link放電、電池充放電、浪涌電流限制器、低壓DC電機控制或電子負載等線性模式應用要求功率 MOSFET 器件在電流飽和區域內工作。
    線性模式運作
    在功率 MOSFET 的線性工作模式,高電壓和高電流同時出現,因此通常MOSFET的功率消耗水平高于較常見的開關模式應用。
    圖 1顯示歐姆區域、非線性區域以及飽和(或有源)區域,這三個不同的區域代表了功率MOSFET的輸出特性。
    有源區域:MOSFET 溝道由于多數電荷載流子而飽和。在該區域中,ID獨立于VDS。ID僅由VGS控制,并且對于任何給定VDS保持恒定。換言之,MOSFET表現出恒定current sink的特征。
    非線性區域:MOSFET的電阻呈現非線性行為,ID隨著VDS而增加的速度減慢。
    歐姆區域:對于給定柵源電壓VGS,漏極電流ID與漏源電壓VDS成正比。MOSFET在此運作模式下充當電阻器,數值等于其導通電阻RDS(ON)。
    線性 MOSFET
    圖1:功率MOSFET輸出特性
    標準MOSFET 不適合線性模式運作
    當功率生成速率高于功率耗散速率時,線性模式下較大的功率耗散PD會引起電熱不穩定性(electro-thermal instability, ETI),可以理解為功率 MOSFET強制進入線性運作模式。
    通常,MOSFET 晶圓邊緣(芯片焊接到功率封裝之安裝片的位置)的溫度低于管芯中心的溫度,這是橫向熱流的結果。在實踐中,功率 MOSFET的晶圓結溫Tvj并不均勻。雖然芯片溫度變化在開關模式運作中大多是無害的,但在線性模式運作中,這些溫度變化會引發災難性故障。
    表面上的正反饋破壞機制帶來的結果:
    結溫 Tvj局部升高
    由于負溫度系數,提高芯片溫度會導致柵極閾值電壓VGSTH局部降低
    降低閾值電壓引起了局部電流密度JDS增加,使得
    線性 MOSFET
    電流密度的增加導致局部功率耗散增加,從而引起結溫進一步局部升高
    MOSFET 等效電路包含寄NPN晶體管,其本身由 n 和 p 摻雜區域序列形成,如圖 2 所示。
    根據功率脈沖的持續時間、傳熱條件和 MOSFET 單元的設計,ETI 可能會引起漏電流集中產生線電流并形成熱點,電流通過Rw,產生壓降,這通常會導致受影響區域中的 MOSFET 單元失去柵極控制并開啟寄生晶體管,隨后損壞器件。
    線性 MOSFET
    圖 2:MOSFET 等效電路
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