MOSFET規(guī)格書中單脈沖雪崩能量EAS如何理解？電路設計咋用它計算MOS會損壞嗎？

前言

打開MOSFET規(guī)格書，我們會發(fā)現(xiàn)所有的MOSFET規(guī)格書在Maximum ratings，也就是極限電氣參數(shù)中給出Avalanche energy, single pulse的值，單位是mJ，對應中文含義是單脈沖雪崩能量，那么這一參數(shù)到底表征了什么含義？當我們在設計MOSFET電路時又該如何考量這一參數(shù)帶來的限制呢？

Part 02、單脈沖雪崩能量的定義

單脈沖雪崩能量簡稱是EAS，這一參數(shù)是描述MOSFET在雪崩模式下能承受的能量極限的參數(shù)，我們一般在電路設計中拿這個參數(shù)來評估MOSFET 的瞬態(tài)過壓耐受能力，進而來評估器件在異常瞬態(tài)過壓情況下不會失效，接下來先簡單回顧一下什么是雪崩。當MOSFET的漏極-源極電壓VDS超過其擊穿電壓VBR，漏極-源極之間會產(chǎn)生強電場，使得載流子獲得足夠的動能撞擊晶格，從而產(chǎn)生更多的載流子，這種載流子倍增效應稱為“雪崩效應”。如果持續(xù)時間過長或能量過大，就會導致MOSFET永久損壞。

當MOSFET驅動感性負載時，由于電感電流不能突變，當MOSFET由ON轉換成OFF時，就會在MOSFET兩端產(chǎn)生一個較大的短時感應電壓，比如下圖當SW1閉合，M1斷開時，就會在MOSFET漏極產(chǎn)生上百V的感應電壓（此感應電壓的幅值和MOSFET的關斷速度以及電感感量有關系），此時若MOSFET兩端無鉗位保護電路，那么MOSFET就會應為過壓進入雪崩模式，這時候我們就需要使用單脈沖雪崩能量這一參數(shù)來評估MOSFET是否會因為電感產(chǎn)生的感應電壓而損壞。

Part 03、實例分析

我們假定電源電壓VDD是20V，MOSFET驅動了一個感性負載，感性負載的電感值為5mH，電感中的初始電流IL為10A，那么電感中儲存的能量就可以通過下面的公式計算出來：

其中L是感性負載的電感值

I是電感中初始電流

EAS=0.5*5*10*10=250mJ

然后我們查閱MOSFET規(guī)格書中的EAS最大是380mJ，說明用這個MOSFET還是靠譜的，但是我們需要注意的是這個方法只能粗略評估，因為規(guī)格書此處給出的EAS參數(shù)是常溫下（25℃）的參數(shù)，我們的產(chǎn)品一般由于環(huán)境溫度，以及MOSFET自身發(fā)熱等因素影響，MOSFET的實際溫度會遠高于25℃，那怎么辦呢？

MOSFET規(guī)格書一般會給出下面這個曲線，也就是雪崩特性曲線，

從上面的曲線可以看出，MOSFET雪崩時的電流，雪崩持續(xù)時間，溫度合圍了一個區(qū)域，MOSFET的溫度越高，合圍的區(qū)域越小，對應MOSFET能耐受的單次脈沖雪崩能量也就越小，這也驗證了我們上面說的拿極限EAS參數(shù)來評估MOSFET是否會損壞是不太準的，因為忽視了溫度的影響。感性負載斷開時的電流我們是知道的，溫度我們也能通過溫升計算獲得，我們在此假定是100℃，那么就差一個實際tav，如果獲得tav呢？我們可以基于這一公式：L*di/dt=V來計算tav:tav=L*IL/(Vbr-VDD)=5*10/(60*1.3-20)=860us讀圖可得當溫度是100℃，860us對應的雪崩電流最大約為6.5A，這意味著MOSFET在這種情況下實際上是會損壞的，和上面的結論剛好相反！