MOSFET规格书中单脉冲雪崩能量EAS如何理解？电路设计咋用它计算MOS会损坏吗？

Part 01

前言

打开MOSFET规格书，我们会发现所有的MOSFET规格书在Maximum ratings，也就是极限电气参数中给出Avalanche energy, single pulse的值，单位是mJ，对应中文含义是单脉冲雪崩能量，那么这一参数到底表征了什么含义？当我们在设计MOSFET电路时又该如何考量这一参数带来的限制呢？

Part 02

单脉冲雪崩能量的定义

单脉冲雪崩能量简称是EAS，这一参数是描述MOSFET在雪崩模式下能承受的能量极限的参数，我们一般在电路设计中拿这个参数来评估MOSFET 的瞬态过压耐受能力，进而来评估器件在异常瞬态过压情况下不会失效，接下来先简单回顾一下什么是雪崩。 当MOSFET的漏极-源极电压VDS超过其击穿电压VBR，漏极-源极之间会产生强电场，使得载流子获得足够的动能撞击晶格，从而产生更多的载流子，这种载流子倍增效应称为“雪崩效应”。如果持续时间过长或能量过大，就会导致MOSFET永久损坏。

当MOSFET驱动感性负载时，由于电感电流不能突变，当MOSFET由ON转换成OFF时，就会在MOSFET两端产生一个较大的短时感应电压，比如下图当SW1闭合，M1断开时，就会在MOSFET漏极产生上百V的感应电压（此感应电压的幅值和MOSFET的关断速度以及电感感量有关系），此时若MOSFET两端无钳位保护电路，那么MOSFET就会应为过压进入雪崩模式，这时候我们就需要使用单脉冲雪崩能量这一参数来评估MOSFET是否会因为电感产生的感应电压而损坏。

Part 03

实例分析

我们假定电源电压VDD是20V，MOSFET驱动了一个感性负载，感性负载的电感值为5mH，电感中的初始电流IL为10A，那么电感中储存的能量就可以通过下面的公式计算出来：

其中L是感性负载的电感值

I是电感中初始电流

EAS=0.5*5*10*10=250mJ

然后我们查阅MOSFET规格书中的EAS最大是380mJ，说明用这个MOSFET还是靠谱的，但是我们需要注意的是这个方法只能粗略评估，因为规格书此处给出的EAS参数是常温下（25℃）的参数，我们的产品一般由于环境温度，以及MOSFET自身发热等因素影响，MOSFET的实际温度会远高于25℃，那怎么办呢？

MOSFET规格书一般会给出下面这个曲线，也就是雪崩特性曲线，

从上面的曲线可以看出，MOSFET雪崩时的电流，雪崩持续时间，温度合围了一个区域，MOSFET的温度越高，合围的区域越小，对应MOSFET能耐受的单次脉冲雪崩能量也就越小，这也验证了我们上面说的拿极限EAS参数来评估MOSFET是否会损坏是不太准的，因为忽视了温度的影响。 感性负载断开时的电流我们是知道的，温度我们也能通过温升计算获得，我们在此假定是100℃，那么就差一个实际tav，如果获得tav呢？ 我们可以基于这一公式：L*di/dt=V来计算tav: tav=L*IL/(Vbr-VDD)=5*10/(60*1.3-20)=860us 读图可得当温度是100℃，860us对应的雪崩电流最大约为6.5A，这意味着MOSFET在这种情况下实际上是会损坏的，和上面的结论刚好相反！