理解功率MOSFET的RDS(ON)溫度系數特性

功率MOSFET開(kāi)關(guān)瞬態(tài)過(guò)程中晶胞的熱不平衡
從圖2可以看出：在開(kāi)通的過(guò)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(guò)的電流大，而離柵極管腳距離較遠的晶胞單元，流過(guò)的電流小，距離最遠地方的晶胞甚至可能還沒(méi)有導通，因而沒(méi)有電流流過(guò)。電流大的晶胞單元，它們的溫度升高。

圖2 功率MOSFET的內部等效模型

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

如果VGS從RDS(ON)的負溫度系數區域到達RDS(ON)的正溫度系數區域時(shí)沒(méi)有形成局部的損壞，此時(shí)，在RDS(ON)的正溫度系數區域，晶胞單元的溫度越高，所流過(guò)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(dòng)均流，達到平衡。

相應的，在MOSFET關(guān)斷過(guò)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)的負溫度系數區域形成局部的過(guò)熱而損壞。

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

基于上面的分析，可以得到：當MOSFET局部損壞時(shí)，若損壞的熱點(diǎn)位于離柵極管腳距離近的區域，則可能是開(kāi)通速度太慢產(chǎn)生的局部的損壞；若損壞的熱點(diǎn)位于離柵極管腳距離遠的區域，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(gè)大的電容，在開(kāi)機的過(guò)程中，就會(huì )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，從而更容易導致局部的損壞。

結論
1．MOSFET在開(kāi)通的過(guò)程中，RDS(ON)從負溫度系數區域向正溫度系數區域轉化；在其關(guān)斷的過(guò)程中，RDS(ON)從正溫度系數區域向負溫度系數區域過(guò)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，從而導致各個(gè)晶胞單元電流不一致，在開(kāi)通和關(guān)斷的過(guò)程中形成局部過(guò)熱損壞。

3．快速開(kāi)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(guò)熱而損壞。開(kāi)通速度太慢，距離柵極管腳較近的區域局部容易產(chǎn)生局部過(guò)熱損壞，關(guān)斷速度太慢，距離柵極管腳較遠的區域容易產(chǎn)生局部過(guò)熱損壞。