电子产品世界

功率MOSFET开关瞬态过程中晶胞的热不平衡
从图2可以看出：在开通的过程中，漏极的电流ID在逐渐增大，离栅极管脚距离近的晶胞单元的电压大于离栅极管脚距离远的晶胞单元的电压，即VG1>VG2>VG3>…，VGS电压高的单元，也就是离栅极管脚距离近的晶胞单元，流过的电流大，而离栅极管脚距离较远的晶胞单元，流过的电流小，距离最远地方的晶胞甚至可能还没有导通，因而没有电流流过。电流大的晶胞单元，它们的温度升高。

图2 功率MOSFET的内部等效模型

由于在开通的过程中VGS的电压逐渐增大到驱动电压，VGS的电压穿越RDS(ON)的负温度系数区域，此时，那些温度越高的晶胞单元，由于正反馈的作用，所流过的电流进一步加大，晶胞单元温度又进一步上升。如果VGS在RDS(ON)的负温度系数区域工作或停留的时间越大，那么这些晶胞单元就越有过热击穿的可能，造成局部的损坏。

如果VGS从RDS(ON)的负温度系数区域到达RDS(ON)的正温度系数区域时没有形成局部的损坏，此时，在RDS(ON)的正温度系数区域，晶胞单元的温度越高，所流过的电流减小，晶胞单元温度和电流形成负反馈，晶胞单元自动均流，达到平衡。

相应的，在MOSFET关断过程中，离栅极管脚距离远的晶胞单元的电压降低得慢，容易在RDS(ON)的负温度系数区域形成局部的过热而损坏。

因此，加快MOSFET的开通和关断速度，使MOSFET快速通过RDS(ON)的负温度系数区域，就可以减小局部能量的聚集，防止晶胞单元局部的过热而损坏。

基于上面的分析，可以得到：当MOSFET局部损坏时，若损坏的热点位于离栅极管脚距离近的区域，则可能是开通速度太慢产生的局部的损坏；若损坏的热点位于离栅极管脚距离远的区域，则可能是关断速度太慢产生的局部损坏。

在栅极和源极加一个大的电容，在开机的过程中，就会经常发生MOSFET损坏的情况，正是由于额外的大的输入电容造成晶胞单元VGS电压更大的不平衡，从而更容易导致局部的损坏。

结论
1．MOSFET在开通的过程中，RDS(ON)从负温度系数区域向正温度系数区域转化；在其关断的过程中，RDS(ON)从正温度系数区域向负温度系数区域过渡。

2．MOSFET串联等效的栅极和源极电阻的分压作用和栅极电容的影响，造成晶胞单元的VGS的电压不一致，从而导致各个晶胞单元电流不一致，在开通和关断的过程中形成局部过热损坏。

3．快速开通和关断MOSFET，可以减小局部能量的聚集，防止晶胞单元局部的过热而损坏。开通速度太慢，距离栅极管脚较近的区域局部容易产生局部过热损坏，关断速度太慢，距离栅极管脚较远的区域容易产生局部过热损坏。

关键词： MOSFET RDS ON 温度系数