一、MOS管误导通的根源剖析
当MOS管由导通状态瞬间转换至关断状态之际,在源极与漏极之间会形成急剧的电压变化率dVDS/dt。这一快速变化的电压经由米勒电容(即栅漏寄生电容)的耦合作用,会在栅极形成额外的电流。该电流流经栅极电阻时,会造成栅极电压的升高,进而引发电压尖峰现象。若此尖峰电压逾越了MOS管的开启阈值电压Vgs(th),便会触发MOSFET的误开通。尤其是在H桥电路架构中,这种误开通可能导致上管与下管同时导通,后果极为严重,轻则造成电路直通,重则致使一个或两个MOS管遭受损坏。
二、MOS管误导通与栅极击穿损坏的关联因素
MOS管的栅漏寄生电容,也就是米勒电容,是引发MOS管自开通现象的关键因素之一。当MOS管处于导通到关断的快速切换过程时,源漏极之间的陡峭dVDS/dt使得电流经米勒电容耦合至栅极,在栅极电阻上产生电压降,从而抬高了栅极电压,形成较大尖峰。当尖峰电压超过阈值,误开通便会发生。同时,若栅极的尖峰电压突破了栅源之间允许的最大电压,还会击穿MOS管的栅极氧化层,直接导致器件损坏。


三、防范MOS管误导通与栅极击穿损坏的有效举措
精准选择栅极串联电阻:MOS管的栅极通常会连接一个电阻,其作用不容小觑。一方面,可限制驱动电流,防止瞬间驱动电流过大超出驱动芯片的承载能力,避免芯片受损。毕竟MOS管开启时,对Cgs和Cgd的充电过程初始阶段电容近乎短路状态,电流极大,此时串联电阻能起到关键的限流与保护作用。另一方面,适当增大栅极串联电阻能降低开关导通速度,进而减小dVDS/dt,有效抑制栅极尖峰电压,防范误导通与栅极氧化层击穿。然而,栅极电阻过大则会降低开关速度,增加功率损耗与发热风险;反之,过小的电阻虽能提升开关速度,却易加剧电压尖峰。因此,栅极电阻的选择需在开关速度与尖峰电压之间寻求精妙平衡。
合理串联栅源电容:在栅极与源极之间接入电容,可吸收因dVDS/dt产生的栅漏电流,从而有效规避MOS管的误导通以及栅极击穿损坏问题,这是一种简单而有效的防护手段。
并联TVS二极管于栅源之间:

选用合适的TVS二极管(瞬态电压抑制二极管),并关注其钳位电压Vc的匹配度。TVS二极管反向并联于被保护元件两端,在正常工作时近乎截止,不影响电路常规运行;一旦电路遭遇瞬间高电压冲击,它能迅速反向击穿导通,将元件两端电压钳位在较低水平,为MOS管提供可靠的过电压保护。

选用合适的TVS二极管(瞬态电压抑制二极管),并关注其钳位电压Vc的匹配度。TVS二极管反向并联于被保护元件两端,在正常工作时近乎截止,不影响电路常规运行;一旦电路遭遇瞬间高电压冲击,它能迅速反向击穿导通,将元件两端电压钳位在较低水平,为MOS管提供可靠的过电压保护。
运用米勒钳位电路:通过在栅源之间增设一个MOS管来构建钳位电路。当电压低于设定的米勒电压时,比较器输出高电平,促使栅源间的MOS管导通,短路米勒电容及栅极电阻的电流,实现栅极电压的稳定控制。
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