什么是MOSFET的dv/dt能力?
當MOSFET器件工作在高頻電路中時,漏-源極電壓會有很高的變化速率,dv/dt指的是MOSFET漏-源極所允許的電壓最高變化速率,若是超過這個速率就會導致器件燒毀失效。
失效模式
dv/dt失效通常發生在硬開關應用中,其中兩個MOSFET用于半橋配置,如下圖。
高側和低側MOSFET交替導通和關斷,實現輸出電壓Vout在高低之間快速轉換。
當高側和低側MOSFET交替導通和關斷頻率過快(開關速度過快)時,會產生較高的dv/dt。當dv/dt大于低側MOSFET允許的最高電壓變化速率時,就會發生高側器件還未完全關閉,低側器件就已經短暫導通現象,這時輸入電源與地短路,產生大電流將流過半橋使兩個器件燒毀。
dv/dt導致器件短暫導通模式主要有兩種:MOSFET器件開啟、寄生三極管(BJT)開啟。
1、 MOSFET器件開啟
在MOSFET的結構中,存在寄生電容Cgd、電阻Rg,如下圖:
如上圖,當器件漏極dv/dt過大時,由于Cgd電容的充放電,柵極會產生感應電流I:
I=Cgd×dv/dt
由于柵電阻Rg的存在,電流I流過Rg會在柵極產生尖峰電壓Vgs:
Vgs=I×Rg= Cgd×dv/dt×Rg
當柵極電壓Vgs超過器件的閾值電壓Vth時,器件將被迫導通,使器件燒毀。由上式可以得到電路所允許的最大頻率:
在此失效模式下,如果想提高MOSFET器件dv/dt能力,可以通過降低柵電阻Rg,柵-漏電容Cgd以及提高器件閾值電壓VTH實現。VTH與環境溫度程負相關,因此器件dv/dt能力隨溫度的升高而降低。
2、寄生三極管(BJT)開啟
在MOSFET的結構中,存在寄生三極管(BJT)、電容Cds,如下圖:
如上圖,當器件漏極dv/dt過大時,由于電容Cds的充放電,P-區會產生感應電流Ib:
Ib=Cds×dv/dt
由于P-區電阻Rb的存在,電流Ib流過Rb會在兩端產生電壓差Vbe;
Vbe=Ib×Rb= Cds×dv/dt×Rb
當Rb兩端電壓差Vbe大于三極管的開啟電壓Vbi時,寄生三極管開啟,使器件燒毀。由上式可以得到電路所允許的最大頻率:
在此失效模式下,如果想提高MOSFET器件dv/dt能力,可以通過降低P-區電阻Rb、源-漏電容Cds實現。電阻Rb與環境溫度程正相關,因此器件dv/dt能力隨溫度的升高而降低。