开关电源中MOSFET失效案例分析

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1、开关电源中MOSFET失效案例分析陈桥梁西安龙腾新能源科技发展有限公司主要内容•雪崩特性及失效分析•体二极管特性及失效分析•安全工作区及失效分析MOSFET雪崩能力雪崩能力雪崩电流雪崩能量I，IE，EASARASAR寄生BJT导通，MOSFET趋MOSFET局部元胞过热损于开通。坏。抗雪崩能力测试电路T–T=P*Z(t)JMCDMθJCMOSFET雪崩能力雪崩电流IAS和IAR:下图ID峰值单次雪崩能量EAS：一次性雪崩期间所能承受的能量，以Tch<=150℃为极限重复雪崩能量EAR：所能承受以一定频率反复出现的雪崩能量，以Tch<=150℃为极限单次雪崩重复雪崩

2、5雪崩能量和初始结温以及电流的关系雪崩电流和雪崩时间的关系MOSFET雪崩电流路径及影响Vac前馈RCDMOV10D561•Surge浪涌•输入电压突变简化后的FlybackCase1L1R1C1TX1R2LmC2P1S1VbusD2D1VdsV-VbusavsrL1R1C1TX1R2LmC2P1S1VbusD2D1Vds=VavQ1MOSFET雪崩过程中失效图:浪涌测试波形输入电压:

3、230Vac/50Hz,输出：32W通道1:MOS漏源电压(黄色,200V/每格);通道2:Z2母线电压(绿色,200V/每格);通道3:MOS漏源电流(粉色,5A/每格);Time:10μs/每格SurgeCase3700mA/32WLEDPSSinglestageFlyback***11N70浪涌测试波形输入电压:230Vac/50Hz,输出：32W通道1:MOS漏源电压(黄色,200V/每格);通道2:Z2母线电压(绿色,200V/每格);通道3:MOS漏源电流(粉色,5A/每格);Time:5μs/每格漏源电压=832V浪涌电压1400V/90º测试波形母

4、线电压=805V最大漏源电流=8.3ASurge改善对策减小BUS残压U改善变压器饱和度inpk增加变压器磁通面积增加变压器匝数减小MOSFET开通时间AeNTon变压器Core变大，和减小原边绕组的截面减小原边激磁电感Lp，原来的Bobbin不匹配积，增加导通损耗通过略微增加气隙，开关频率增加，开关损耗增加整改前surge电流波形(220Vac,1300V/90°)Channel1：VbusChannel2：VdsChannel3：Id整改后surge电流波形(220Vac,1300V/90°)主要内容•雪崩特性及失效分析•体二极管特性及失效分析•安全工作区及失

5、效分析MOSFET体二极管反向恢复电流LLC变换器ZVS状态下模态切换DD22SS22CrLrCrLrVaVaIrIrSLmSLm11DD11DD22SS22CrLrCrLrVaVaIrIrSLmSLm11DD11LLC变换器ZCS状态下模态切换DD22SS22CrLrCrLrVaVaIrIrSLmSLm11DD11DD22SS22CrLrCrLrVaVaIrIrSLmSLm11DD11LLC变换器输出短路状态下波形LLC变换器工作波形主要内容•雪崩特性特性及失效分析•体二极管特性及失效分析•安全工作区及失效分析MOSFET安全工作区（SOA）案例：反激电源启动波

6、形230Vac输入满载，启动波形负载：2.42A-30V输入电压:230Vac/50Hz,输出：满载通道1:MOS漏源电压(黄色,100V/每格);通道2:MOS门极驱动(绿色,5V/每格);通道3：MOS漏源电流(粉红,2A/每格);Time:100μs/每格漏源电流=35.6A230Vac输入满载，启动波形负载：2.42A-30V输入电压:230Vac/50Hz,输出：满载通道1:MOS漏源电压(黄色,100V/每格);通道2:MOS门极驱动(绿色,5V/每格);通道3：MOS漏源电流(粉红,2A/每格);Time:10μs/每格漏源电流=35.6A23

7、0Vac输入满载，启动波形负载：2.42A-30V输入电压:230Vac/50Hz,输出：满载输入电压:230Vac/50Hz,输出：满载通道1:MOS漏源电压(黄色,100V/每格);通道1:MOS漏源电压(黄色,100V/每格);通道2:MOS门极驱动(绿色,5V/每格);通道2:MOS门极驱动(绿色,5V/每格);通道3：MOS漏源电流(粉红,2A/每格);通道3：MOS漏源电流(粉红,2A/每格);Time:100μs/每格Time:100μs/每格漏源电流=35.6APWMIC1PWMIC2谢谢！