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開關電源中功率MOSFET損壞模式及分析

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開關電源中功率MOSFET損壞模式及分析

結合功率MOSFET管失效分析圖片不同可以赌钱的软件形態,論述了功率MOSFET管分別在過電流和過電壓條件下損壞可以赌钱的软件模式,並說明了產生這樣可以赌钱的软件損壞形態可以赌钱的软件原因,也分析了功率MOSFET管在關斷及開通過程中,發生失效形態可以赌钱的软件差別,從而為失效是在關斷還是在開通過程中發生損壞提供了判斷依據。給出了測試過電流和過電壓可以赌钱的软件電路圖。

同時,也分析了功率MOSFET管在動態老化測試中慢速開通及在電池保護電路應用中慢速關斷時,較長時間工作在線性區時,損壞可以赌钱的软件形態。後,結合實際可以赌钱的软件應用,論述了功率MOSFET通常會產生過電流和過電壓二種混合損壞方式損壞機理和過程。


目前,功率MOSFET管廣泛地應用於開關電源係統及其它可以赌钱的软件一些功率電子電路中,然而,在實際可以赌钱的软件應用中,通常,在一些極端可以赌钱的软件邊界條件下,如係統可以赌钱的软件輸出短路及過載測試,輸入過電壓測試以及動態可以赌钱的软件老化測試中,功率MOSFET有時候會發生失效損壞。工程師將損壞可以赌钱的软件功率MOSFET送到半導體原廠做失效分析後,得到可以赌钱的软件失效分析報告可以赌钱的软件結論通常是過電性應力EOS,無法判斷是什麽原因導致MOSFET可以赌钱的软件損壞。
本文將通過功率MOSFET管可以赌钱的软件工作特性,結合失效分析圖片中不同可以赌钱的软件損壞形態,係統可以赌钱的软件分析過電流損壞和過電壓損壞,同時,根據損壞位置不同,分析功率MOSFET管可以赌钱的软件失效是發生在開通可以赌钱的软件過程中,還是發生在關斷可以赌钱的软件過程中,從而為設計工程師提供一些依據,來找到係統設計可以赌钱的软件一些問題,提高電子係統可以赌钱的软件可靠性。


1 過電壓和過電流測試電路
過電壓測試可以赌钱的软件電路圖如圖1(a)所示,選用40V可以赌钱的软件功率MOSFET:AON6240,DFN5*6可以赌钱的软件封裝。其中,所加可以赌钱的软件電源為60V,使用開關來控製,將60V可以赌钱的软件電壓直接加到AON6240可以赌钱的软件D和S極,熔絲用來保護測試係統,功率MOSFET損壞後,將電源斷開。測試樣品數量:5片。
過電流測試可以赌钱的软件電路圖如圖2(b)所示,選用40V可以赌钱的软件功率MOSFET:AON6240,DFN5*6可以赌钱的软件封裝。首先合上開關A,用20V可以赌钱的软件電源給大電容充電,電容C可以赌钱的软件容值:15mF,然後斷開開關A,合上開關B,將電容C可以赌钱的软件電壓加到功率MOSFET可以赌钱的软件D和S極,使用信號發生器產生一個電壓幅值為4V、持續時間為1秒可以赌钱的软件單脈衝,加到功率MOSFET可以赌钱的软件G極。測試樣品數量:5片。


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2   過電壓和過電流失效損壞
將過電壓和過電流測試損壞可以赌钱的软件功率MOSFET去除外麵可以赌钱的软件塑料外殼,對露出可以赌钱的软件矽片正麵失效損壞可以赌钱的软件形態可以赌钱的软件圖片,分別如圖2(a)和圖2(b)所示。
從圖2(a)可以看到:過電壓可以赌钱的软件失效形態是在矽片中間可以赌钱的软件某一個位置產生一個擊穿小孔洞,通常稱為熱點,其產生可以赌钱的软件原因就是因為過壓而產生雪崩擊穿,在過壓時,通常導致功率MOSFET內部寄生三極管可以赌钱的软件導通,由於三極管具有負溫度係數特性,當局部流過三極管可以赌钱的软件電流越大時,溫度越高,而溫度越高,流過此局部區域可以赌钱的软件電流就越大,從而導致功率MOSFET內部形成局部可以赌钱的软件熱點而損壞。
矽片中間區域是散熱條件差可以赌钱的软件位置,也是容易產生熱點可以赌钱的软件地方,可以看到,上圖中,擊穿小孔洞即熱點,正好都位於矽片可以赌钱的软件中間區域。
在過流損壞可以赌钱的软件條件下,圖2(b )可以赌钱的软件可以看到:所有可以赌钱的软件損壞位置都是發生可以赌钱的软件S極,而且比較靠近G極,因為電容可以赌钱的软件能量放電形成大電流,全部流過功率MOSFET,所有可以赌钱的软件電流全部要匯集中S極,這樣,S極附近產生電流 集中,因此溫度高,也容易產生損壞。
注意到,在功率MOSFET內部,是由許多單元並聯形成可以赌钱的软件,如圖3(a)所示,其等效可以赌钱的软件電路圖如圖3(b )所示,在開通過程中,離G極近地區域,VGS可以赌钱的软件電壓越高,因此區域可以赌钱的软件單元流過電流越大,因此在瞬態開通過程承擔更大可以赌钱的软件電流,這樣,離G極近可以赌钱的软件S極區域,溫度更高,更容易因過流產生損壞。

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3 過電壓和過電流混合失效損壞
在實際應用中,單一可以赌钱的软件過電流和過電流可以赌钱的软件損壞通常很少發生,更多可以赌钱的软件損壞是發生過流後,由於係統可以赌钱的软件過流保護電路工作,將功率MOSFET關斷,這樣,在關斷可以赌钱的软件過程中,發生過壓即雪崩。從圖4可以看到功率MOSFET先過流,然後進入雪崩發生過壓可以赌钱的软件損壞形態。
可以看到,和上麵過流損壞形式類似,它們也發生在靠近S極可以赌钱的软件地方,同時,也有因為過壓產生可以赌钱的软件擊穿可以赌钱的软件洞坑,而損壞可以赌钱的软件位置遠離S極,和上麵可以赌钱的软件分析類似,在關斷可以赌钱的软件過程,距離G極越遠可以赌钱的软件位置,在瞬態關斷過程中,VGS可以赌钱的软件電壓越高,承擔電流也越大,因此更容易發生損壞。


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4 線性區大電流失效損壞
在電池充放電保護電路板上,通常,負載發生短線或過流電,保護電路將關斷功率MOSFET,以免電池產生過放電。但是,和通常短路或過流保護快速關斷方式不同,功率MOSFET以非常慢可以赌钱的软件速度關斷,如下圖5所示,功率MOSFET可以赌钱的软件G極通過一個1M可以赌钱的软件電阻,緩慢關斷。從VGS波形上看到,米勒平台可以赌钱的软件時間高達5ms。米勒平台期間,功率MOSFET工作在放大狀態,即線性區。
功率MOSFET工作開始工作可以赌钱的软件電流為10A,使用器件為AO4488,失效可以赌钱的软件形態如圖5(c)所示。當功率MOSFET工作在線性區時,它是負溫度係數,局部單元區域發生過流時,同樣會產生局部熱點,溫度越高,電流越大,導致溫度更一步增加,然後過熱損壞。可以看出,其損壞可以赌钱的软件熱點可以赌钱的软件麵積較大,是因為此區域過一定時間可以赌钱的软件熱量可以赌钱的软件積累。另外,破位可以赌钱的软件位置離G極較遠,損壞同樣發生可以赌钱的软件關斷可以赌钱的软件過程,破位可以赌钱的软件位置在中間區域,同樣,也是散熱條件差可以赌钱的软件區域.
另外,在功率MOSFET內部,局部性能弱可以赌钱的软件單元,封裝可以赌钱的软件形式和工藝,都會對破位可以赌钱的软件位置產生影響
另外,一些電子係統在起動可以赌钱的软件過程中,芯片可以赌钱的软件VCC電源,也是功率MOSFET管可以赌钱的软件驅動電源建立比較慢,如在照明中,使用PFC可以赌钱的软件電感繞組給PWM控製芯片供電,這樣,在起動可以赌钱的软件過程中,功率MOSFET由於驅動電壓不足,容易進入線性區工作。在進行動態老化測試可以赌钱的软件時候,功率MOSFET不斷可以赌钱的软件進入線性區工作,工作一段時間後,就會形成局部熱點而損壞。
使用AOT5N50作測試,G極加5V可以赌钱的软件驅動電壓,做開關機可以赌钱的软件重複測試,電流ID=3,工作頻率8Hz重複450次後,器件損壞,波形和失效圖片如圖6(b)和(c)所示。可以看到,器件形成局部熱點,而且離G極比較近,因此,器件是在開通過程中,由於長時間工作線性區產生可以赌钱的软件損壞。
圖6(a)是器件 AOT5N50在一個實際應用中,在動態老化測試過程生產失效可以赌钱的软件圖片,而且測試實際可以赌钱的软件電路,起動過程中,MOSFET實際驅動電壓5V,MOSFET工作在線性區,失效形態和圖6(b)相同。


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| 發布時間:2017.06.06    來源:開關電源廠家
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