MOS管Vgs过大，什么后果-综合电源技术-世纪电源网社区

roc918

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2013-3-4 14:56:57

现实中常遇到MOS管Vgs电压过大会损坏管子，但是从原理上看，似乎不然呀？

当vGS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏——源极之间仍无导电沟道出现，vGS增加时，吸引到P衬底表面层的电子就增多，当vGS达到某一数值时，这些电子在栅极附近的P衬底表面便形成一个N型薄层，且与两个N+区相连通，在漏——源极间形成N型导电沟道，其导电类型与P衬底相反，形成反型层。
vGS越大，作用于半导体表面的电场就越强，吸引到P衬底表面的电子就越多，导电沟道越厚，沟道电阻越小。

即N沟道MOS管在vGS＜VT时，不能形成导电沟道，管子处于截止状态。
只有当vGS≥VT时，才有沟道形成。沟道形成以后，在漏——源极间加上正向电压vDS，就有漏极电流产生。

但是Vgs继续加大，比如IRFPS40N60K，
Vgs=100V时，
Vds=0和Vds=400V，两种情况下，对管子功能带来什么影响，若烧坏，原因和内部机理过程是怎样的呢？

40N60.pdf

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		2 yanpm yanpm 离线 LV8 副总工程师积分：3011 \| 主题：23 \| 帖子：1573 访问空间发消息积分:3011 LV8 副总工程师 2013-3-4 15:21:24
		Vgs增大会减小Rds（on）减小开关损耗，但是同时会增大Qg，使得开启损耗变大，影响效率 http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/slua341/slua341.pdf 回复 \| 举报 \|

			3 roc918 roc918 离线 LV3 助理工程师积分：298 \| 主题：2 \| 帖子：19 访问空间发消息积分:298 LV3 助理工程师 2013-3-4 15:24:33
			会损坏管子吗？比如，Vgs给个100V啥的。。。回复 \| 举报 \|

				4 yanpm yanpm 离线 LV8 副总工程师积分：3011 \| 主题：23 \| 帖子：1573 访问空间发消息积分:3011 LV8 副总工程师 2013-3-4 15:28:22
				你不能超出Datasheet标称的maximum值呀，你这不是存心搞破坏吗？回复 \| 举报 \|

					6 roc918 roc918 离线 LV3 助理工程师积分：298 \| 主题：2 \| 帖子：19 访问空间发消息积分:298 LV3 助理工程师 2013-3-4 15:41:32
					呵呵，我知道，我是想从微观分析，当Vgs=100V超出Datasheet标称的maximum会出现什么后果，为什么会这样。您说的对，Rds减小，是因为随着Vgs加大“可移动的自由电子”组成的反型层越来越厚；同时反型层电荷越来越多，电容加大，所以开启损耗P=Qs*Vds会增加。但是Vgs继续加大物理上会损坏管子吗，比如600V的管子，驱动给个100V 。回复 \| 举报 \|

						8 yanpm yanpm 离线 LV8 副总工程师积分：3011 \| 主题：23 \| 帖子：1573 访问空间发消息积分:3011 LV8 副总工程师 2013-3-4 15:48:09
						这个还真没关注过，不过你可以试试看，哈我觉得你Mosfet属于高输入阻抗元件，驱动的电流很小回复 \| 举报 \|

							9 roc918 roc918 离线 LV3 助理工程师积分：298 \| 主题：2 \| 帖子：19 访问空间发消息积分:298 LV3 助理工程师 2013-3-4 16:05:27
							你说的对，Mosfet属于高输入阻抗元件，驱动的电流很小。那是因为AL做的G极下面，是块高阻抗的SiO2，所以驱动电流也很小，按这样分析，栅源极电压加个一百多伏不会损坏管子的吧？回复 \| 举报 \|

								11 蓝色的天空蓝色的天空离线 LV8 副总工程师积分：5029 \| 主题：55 \| 帖子：2268 访问空间发消息积分:5029 LV8 副总工程师 2013-3-4 16:11:29
								你先拿个25V的贴片电容试试我觉得。这个阻抗也不低吧。记得Y5V 25V的好像50V以内就会完蛋。回复 \| 举报 \|

								17 gumpchen gumpchen 离线 LV4 初级工程师积分：305 \| 主题：7 \| 帖子：46 访问空间发消息积分:305 LV4 初级工程师 2013-3-4 16:34:34
								谈下我的理解，mos G和S之间有个氧化层，当这个氧化层间电压超过30V时会击穿GS，所以datasheet上一般标注+-15V。这个是材料特性，我只能站在应用的角度来解答，再深入的可能要问生产厂家了。 GS击穿之后，相当于负载只剩外部的Rg了，如果外部没有Rg，那么前级的推挽或者IC会挂掉。回复 \| 举报 \|

									26 roc918 roc918 离线 LV3 助理工程师积分：298 \| 主题：2 \| 帖子：19 访问空间发消息积分:298 LV3 助理工程师 2013-3-4 19:45:47 倒数8
									翻了下书和资料，您和yanpm兄弟的观点是对的，Vgs过高会击穿SiO2氧化层，从而造成了永久性破坏。回复 \| 举报 \|

										27 yanpm yanpm 离线 LV8 副总工程师积分：3011 \| 主题：23 \| 帖子：1573 访问空间发消息积分:3011 LV8 副总工程师 2013-3-4 19:56:47 倒数7
										什么书，能不能告诉我们书名，让我们也学习一下回复 \| 举报 \|

											30 roc918 roc918 离线 LV3 助理工程师积分：298 \| 主题：2 \| 帖子：19 访问空间发消息积分:298 LV3 助理工程师 2013-3-4 20:04:36 倒数4
											呵呵《超大规模集成电路设计导论》回复 \| 举报 \|

yanpm

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2013-3-4 20:19:05
倒数3

刚才下载瞄了一眼，满是公式，一眼茫然……

				7 walkershrek walkershrek 离线 LV6 高级工程师积分：1987 \| 主题：35 \| 帖子：598 访问空间发消息积分:1987 LV6 高级工程师 2013-3-4 15:42:45
				坏不坏，可以自己做个实验，实验检验真理的唯一标准回复 \| 举报 \|

			13 blueskyy blueskyy 离线 LV10 总工程师积分：28371 \| 主题：129 \| 帖子：13401 访问空间发消息积分:28371 LV10 总工程师 2013-3-4 16:24:47
			Qg和Vgs图中平坦的一段什么含义？回复 \| 举报 \|

				14 yanpm yanpm 离线 LV8 副总工程师积分：3011 \| 主题：23 \| 帖子：1573 访问空间发消息积分:3011 LV8 副总工程师 2013-3-4 16:27:47
				when Vgs>Vth, Cdg in charge, miler platform 回复 \| 举报 \|

					16 blueskyy blueskyy 离线 LV10 总工程师积分：28371 \| 主题：129 \| 帖子：13401 访问空间发消息积分:28371 LV10 总工程师 2013-3-4 16:29:51
					呵呵，猜你就会这样回答~ 弥勒效应的横轴是什么呢？----是时间吧 ~ 回复 \| 举报 \|

						19 yanpm yanpm 离线 LV8 副总工程师积分：3011 \| 主题：23 \| 帖子：1573 访问空间发消息积分:3011 LV8 副总工程师 2013-3-4 16:43:57
						以前就好像看到蓝天大侠给别人挖过这样的坑，我今天又中枪了， 1）MOSFET 的GS 电压经Vgg 对Cgs 充电而上升，到达维持电压Vth，MOSFET 开始导电， 2）MOSFET 的DS 电流增加，Millier 电容在该区间内因DS 电容的放电而放电，对GS 电容的充电影响不大； Qg=Cgs*Vgs, 但是电荷会持续积累。 3）MOSFET 的DS 电压降至与Vgs 相同的电压，Millier 电容大大增加，外部驱动电压对Millier 电容进行充电，GS 电容的电压不变，Millier 电容上电压增加，而DS电容上的电压继续减小 4）MOSFET 的DS 电压降至饱和导通时的电压，Millier 电容变小并和GS 电容一起由外部驱动电压充电，GS 电容的电压上升是否这样？还请蓝天大侠指教。回复 \| 举报 \|

							23 blueskyy blueskyy 离线 LV10 总工程师积分：28371 \| 主题：129 \| 帖子：13401 访问空间发消息积分:28371 LV10 总工程师 2013-3-4 17:10:31
							这不就是横轴是以时间为参照物的嘛，而你的图对时间是“静止“的 ~ 回复 \| 举报 \|

								24 yanpm yanpm 离线 LV8 副总工程师积分：3011 \| 主题：23 \| 帖子：1573 访问空间发消息积分:3011 LV8 副总工程师 2013-3-4 17:16:15 倒数10
								是的，我能不能以时间为横轴，将此图分解成Vgs-t & Qg-t？然后再看看是否是弥勒平台？不知蓝天大侠啊有何高见？回复 \| 举报 \|

									25 blueskyy blueskyy 离线 LV10 总工程师积分：28371 \| 主题：129 \| 帖子：13401 访问空间发消息积分:28371 LV10 总工程师 2013-3-4 17:39:22 倒数9
									弥勒平台本来就是以是时刻为参照的。感觉TI的这个图有点问题 ~ 回复 \| 举报 \|

				15 yanpm yanpm 离线 LV8 副总工程师积分：3011 \| 主题：23 \| 帖子：1573 访问空间发消息积分:3011 LV8 副总工程师 2013-3-4 16:29:21
				蓝天大侠出考题了回复 \| 举报 \|

				33 gwt147556416 gwt147556416 离线 LV4 初级工程师积分：338 \| 主题：0 \| 帖子：14 访问空间发消息积分:338 LV4 初级工程师最新回复 2023-5-7 15:45:10 倒数1
				米勒平台，我的理解是电荷流向了CGD所以CGS电压没有明显的上升回复 \| 举报 \|

		5 dxsmail dxsmail 离线 LV8 副总工程师积分：2958 \| 主题：1 \| 帖子：709 访问空间发消息积分:2958 LV8 副总工程师 2013-3-4 15:38:22
		一般都是过流时被击穿。。。。回复 \| 举报 \|

			10 roc918 roc918 离线 LV3 助理工程师积分：298 \| 主题：2 \| 帖子：19 访问空间发消息积分:298 LV3 助理工程师 2013-3-4 16:07:56
			你说的会不会是Vgs加大后，Vdg电压减小，G极到D极耗尽层变薄，反型层加厚，Rds减小；同时Vgs加大，所以Ids=（Vgs-VT）/Rds迅速加大（此时MOS还处于线性区），Ids电流失控烧坏的。。。回复 \| 举报 \|

				12 yanpm yanpm 离线 LV8 副总工程师积分：3011 \| 主题：23 \| 帖子：1573 访问空间发消息积分:3011 LV8 副总工程师 2013-3-4 16:23:24
				如果Vgs增大的话，gs间漏电流会迅速增大，导致氧化膜击穿，高阻抗也是有耐压的，晶元那么小。回复 \| 举报 \|

					18 roc918 roc918 离线 LV3 助理工程师积分：298 \| 主题：2 \| 帖子：19 访问空间发消息积分:298 LV3 助理工程师 2013-3-4 16:41:56
					个人认为还不至于由于先击穿SiO2氧化层，从而烧坏管子，因为Vgs事实上是加在，SiO2和---杂散浓度低多子为空穴的P型Si的衬底上，Vgs加大SiO2下方的P型衬底耗尽层加厚，Vgs再加大，P型衬底由耗尽层形成带自由电子的反型层。再加大，反型层继续加厚，反型层中自由电子会向G极SiO2移动是有可能会形成GS漏电流。但若在Vds=0的话，这个漏电流会至于烧管子吗？回复 \| 举报 \|

						20 yanpm yanpm 离线 LV8 副总工程师积分：3011 \| 主题：23 \| 帖子：1573 访问空间发消息积分:3011 LV8 副总工程师 2013-3-4 16:57:01
						你没加条件，我描述不严谨，我们还是回去做做实验吧，不过看你这电子、空穴、衬底、耗尽层、反型层的想必也是对MOSFET深有研究，倒是可以开个帖给我们普及普及工艺方面的知识。我这不是在班门弄斧吗？回复 \| 举报 \|

							21 roc918 roc918 离线 LV3 助理工程师积分：298 \| 主题：2 \| 帖子：19 访问空间发消息积分:298 LV3 助理工程师 2013-3-4 17:07:59
							不好意思，是我开始条件没描述清楚，其实是该分为VDS=0，和VDS=400两种情况分析的，开始没想那么多。是的，做实验是可以得出一个结果，但是微观过程和原理不一定在实验结果中能得到。我也是今天一直看书碰到的疑问，想从本质上理解管子的工作情况，只是想听听大家是怎么想和分析的。如果观点不一致希望没有伤害到您，谢谢！回复 \| 举报 \|

								22 yanpm yanpm 离线 LV8 副总工程师积分：3011 \| 主题：23 \| 帖子：1573 访问空间发消息积分:3011 LV8 副总工程师 2013-3-4 17:09:16
								讨论嘛，不至于，我还没那么脆弱，呵呵，多心了，是诚心求教，哈哈回复 \| 举报 \|

									28 roc918 roc918 离线 LV3 助理工程师积分：298 \| 主题：2 \| 帖子：19 访问空间发消息积分:298 LV3 助理工程师 2013-3-4 19:56:55 倒数6
									后来翻了些资料，您的观点是对的，Vgs过高的确会将薄薄的SiO2层击穿，从而使G和衬底短路，沟道永久性破坏掉，烧管子。且当VDS有电压时，的确会出现这样一个过程：Vgs加大，Vdg电压减小，G极到D极耗尽层变薄，反型层加厚，Rds减小；同时Vgs在加大，所以Ids=（Vgs-VT）/Rds也迅速加大，Ids电流失控，也会烧管子。回复 \| 举报 \|

										29 yanpm yanpm 离线 LV8 副总工程师积分：3011 \| 主题：23 \| 帖子：1573 访问空间发消息积分:3011 LV8 副总工程师 2013-3-4 20:00:07 倒数5
										兄弟这种刨根问底的劲儿还真是值得我们学习的，我们也是被条条框框束缚住思想了，只想根据Datasheet用，根本不考虑其他的，全都靠猜，O(∩_∩)O哈哈~ 回复 \| 举报 \|

		32 skylinyk skylinyk 离线 LV2 本网技师积分：135 \| 主题：0 \| 帖子：9 访问空间发消息积分:135 LV2 本网技师 2020-5-11 17:08:57 倒数2
		好贴，点个赞，正常情况下，一般可靠性要求比较高的情况都会在G极加TVS进行保护回复 \| 举报 \|