体二极管反向恢复dv/dt

是极管由通态到反向阻断状态的开关过程。

如下图所示

MOS场效应管体二极管反向恢复的波形

 

体二极管正向导通，持续一段时间，二 极管P-N结积累电荷。

当反向电压加到二极管两端时， 释放储存的电荷，回到阻断状态。

出现现象：

1.MOS场效应管的体二极管流过一个大的反向电流和重构。

原因：MOSFET的导通沟道已经切断。一些反向恢复电流从N+源下流过。

 

如下图所示

Rb表示一个小电阻

寄生 BJT的基极和发射极被源极金属短路。

 

 

寄生BJT 不能被激活，实际中，此小电阻作为基极电阻。

当大电流流过Rb，Rb产生足够的压降使寄生BJT基极发射极正向偏置，触发寄生BJT。

寄生BJT开通， 产生热点，更多电流将涌入该寄生 BJT的基极和发射极被源极金属短路。

寄生BJT 不能被激活。

 

 

负温度系数的BJT会使流过的电流越来越高。终导致器件失效。

 

如下图所示

体二极管反向恢复时MOS场效应管失效波形
 

 

电流等级超过反向恢复电流峰值Irm时正好使器件失效。

即峰值电流触发了寄生BJT。

如下图所示

体二极管反向恢复引起芯片失效的烧毁标记。

烧毁点是芯片脆弱的点，很容易就会形成热点，或者需要恢复 过多储存电荷。

这取决于芯片设计，不同设计技术会有 所变化。

 

如果反向恢复过程开始前P-N结温度高于室温，则更容易形成热点。

 

MOS场效应管失效关键因素：电流等级，初始结温度

 

反向恢复电流峰值主因：温度+正向电流+di/dt。

如下图所示

 

反向恢复电流峰值与正向电流等级的对应曲线。

大限度 抑制体二极管导通，可以降低反向恢复电流峰值。如果 di/dt增大，反向恢复电流峰值也增大。在LLC谐振变换 器中，功率MOSFET体二极管的di/dt与另一互补功率开 关的开通速度有关。所以降低其开通速度也可以减小 di/dt。

 

击穿dv/dt

击穿dv/dt是另一种失效模式。

是击穿和静态dv/dt的组合。

功率器件同时承受雪崩电流和位移电流。

如果开关 过程非常快，在体二极管反向恢复过程中，漏源极电压 可能超过大额定值。

 

雪崩击穿的机理

过高的电压峰值让MOS场效应管进入击穿模式， 位移电流通过P-N结。

过高的dv/dt会影响器件的失效点。

dv/dt越大，建立起的位移电流就越大。

位移电流叠加到雪崩电流后，器件有所伤，导致失效。

 

解决方案

1.增加开关频率

2.变频控制以及 PWM控制

3.采用分裂电容和钳位二极管