理解功率MOSFET的RDS(ON)溫度系數(shù)特性

功率MOSFET開關(guān)瞬態(tài)過程中晶胞的熱不平衡
從圖2可以看出：在開通的過程中，漏極的電流ID在逐漸增大，離柵極管腳距離近的晶胞單元的電壓大于離柵極管腳距離遠的晶胞單元的電壓，即VG1>VG2>VG3>…，VGS電壓高的單元，也就是離柵極管腳距離近的晶胞單元，流過的電流大，而離柵極管腳距離較遠的晶胞單元，流過的電流小，距離最遠地方的晶胞甚至可能還沒有導(dǎo)通，因而沒有電流流過。電流大的晶胞單元，它們的溫度升高。

圖2 功率MOSFET的內(nèi)部等效模型

由于在開通的過程中VGS的電壓逐漸增大到驅(qū)動電壓，VGS的電壓穿越RDS(ON)的負溫度系數(shù)區(qū)域，此時，那些溫度越高的晶胞單元，由于正反饋的作用，所流過的電流進一步加大，晶胞單元溫度又進一步上升。如果VGS在RDS(ON)的負溫度系數(shù)區(qū)域工作或停留的時間越大，那么這些晶胞單元就越有過熱擊穿的可能，造成局部的損壞。

如果VGS從RDS(ON)的負溫度系數(shù)區(qū)域到達RDS(ON)的正溫度系數(shù)區(qū)域時沒有形成局部的損壞，此時，在RDS(ON)的正溫度系數(shù)區(qū)域，晶胞單元的溫度越高，所流過的電流減小，晶胞單元溫度和電流形成負反饋，晶胞單元自動均流，達到平衡。

相應(yīng)的，在MOSFET關(guān)斷過程中，離柵極管腳距離遠的晶胞單元的電壓降低得慢，容易在RDS(ON)的負溫度系數(shù)區(qū)域形成局部的過熱而損壞。

因此，加快MOSFET的開通和關(guān)斷速度，使MOSFET快速通過RDS(ON)的負溫度系數(shù)區(qū)域，就可以減小局部能量的聚集，防止晶胞單元局部的過熱而損壞。

基于上面的分析，可以得到：當(dāng)MOSFET局部損壞時，若損壞的熱點位于離柵極管腳距離近的區(qū)域，則可能是開通速度太慢產(chǎn)生的局部的損壞；若損壞的熱點位于離柵極管腳距離遠的區(qū)域，則可能是關(guān)斷速度太慢產(chǎn)生的局部損壞。

在柵極和源極加一個大的電容，在開機的過程中，就會經(jīng)常發(fā)生MOSFET損壞的情況，正是由于額外的大的輸入電容造成晶胞單元VGS電壓更大的不平衡，從而更容易導(dǎo)致局部的損壞。

結(jié)論
1．MOSFET在開通的過程中，RDS(ON)從負溫度系數(shù)區(qū)域向正溫度系數(shù)區(qū)域轉(zhuǎn)化；在其關(guān)斷的過程中，RDS(ON)從正溫度系數(shù)區(qū)域向負溫度系數(shù)區(qū)域過渡。

2．MOSFET串聯(lián)等效的柵極和源極電阻的分壓作用和柵極電容的影響，造成晶胞單元的VGS的電壓不一致，從而導(dǎo)致各個晶胞單元電流不一致，在開通和關(guān)斷的過程中形成局部過熱損壞。

3．快速開通和關(guān)斷MOSFET，可以減小局部能量的聚集，防止晶胞單元局部的過熱而損壞。開通速度太慢，距離柵極管腳較近的區(qū)域局部容易產(chǎn)生局部過熱損壞，關(guān)斷速度太慢，距離柵極管腳較遠的區(qū)域容易產(chǎn)生局部過熱損壞。