MOS管，連柵極都被擊穿。看看是怎麼解決的

最近發現一個這樣的MOS管燒毀案例，給大家分享下看看是什麼情況。一個外購的商業伺服電機，出現V相的半橋上高低兩個NMOS管都燒毀的現象，其他兩相沒有任何問題，電機也沒有損壞。兩個MOS管，一個三個極都有被擊穿，一個只是擊穿了漏極和還有源極。

這個驅動器，過溫、過流、過壓等保護全都有，額定最大電流也僅僅是MOS管ID值的一半，MOS管也全部是貼裝在PCB上的，驅動器又是金屬外殼。按理說散熱應該不會差，看上去不像是電機運行時的持續電流發熱導致的MOS管損壞。

另外就算是因為脈衝電流擊穿的話，一般情況也就只有漏極和圓極被擊穿，為什麼連柵極都會被擊穿呢？

難道是它？

我想你們也都猜到了，沒錯就是米勒電容。我們都知道因為多晶矽寬度、溝道與溝槽寬度、G極氧化層厚度、PN結摻雜輪廓等因素，MOS管會產生寄生電容。

它們分別是輸入電容Ciss、輸出電容Coss、反向傳輸電容Crss。

輸入電容Ciss = Cgs + Cgd；

輸出電容Coss = Cds + Cgd；

反向傳輸電容Crss = Cgd。

從上面的等式中我們可以看到，這三個參數都跟Cgd有關系，Cgd其實就是傳說中的米勒電容。

這三個等效電容是構成串並聯組合關係，它們並不是獨立的，而是相互影響，其中一個關鍵電容就是米勒電容Cgd。這個電容不是恒定的，它隨著柵極和漏極間電壓變化而迅速變化，同時會影響柵極和源極電容的充電。

當在漏極突然有電壓的時候，當高邊的MOS管突然導通的時候，低邊的MOS管的漏極電壓就會突然升高，這時候低邊MOS管的米勒電容上就會產生一個大小為米勒電容乘以電壓變化率大小的電流。而當柵極開路的時候，這個電流只能給下方的Cgs電容充電，然後就會導致柵極電壓突然升高。當超過MOS管的門線電壓VTH的時候，MOS管就會很容易誤導通。

所以我們需要保護MOS管的柵極電壓來防止誤導通。我們可以通過以下方法來避免柵極電壓被誤抬升。

第一我們可以減少由米勒電容產生的對柵極電容充電的電流，由於米勒電容無法減少，所以要減少的就是漏極的電壓變化率。它在半橋中的作用就是拉長高邊Mos管的導通時間，例如在柵極並聯電容加大輸入電容，或者是在柵極加大輸入電阻。但是拉長導通時間也就意味著開關損耗會增大，系統能效就會減小。

第二個就是加強米勒電容電流的切放路徑，防止柵極電壓被抬升到超過閾值電壓，可以在柵極接一個到地的電阻。但是這個電阻又不能太小，否則會在開關低邊MOS管的時候，電流被分流很大一部分。尤其是在驅動能力比較差的驅動器中，會導致低邊MOS管的開啟時間拉長，開關損耗會變得很大。

所以會有另外一種方案，只讓泄放的更快，但是不影響正常開啟，例如增加一個電阻二極體並聯到原來的限流電阻上。這樣，正常開啟的時候還是原來的電阻，但在泄放米勒電容電流的時候，這個電阻就會變得很小，會更快的順著MOS管驅動器的回路到地。而且，這個電阻也會讓正常的MOS管關閉的更加迅速。

但是，不能說關斷速度越快越好，我們的實際應用中，驅動器到MOS管柵極的走線以及MOS管的輸出所接的負載或多或少都會有電感的存在，快速關斷意味著柵極電壓和漏極電壓的突變，會造成柵極電壓震盪和漏極電壓過充，所以為了加快泄放，這個新增的電阻值是要根據計算確定。

那有沒有不用算的又不增加開關損耗又安全電路呢？我們可以用一個三極管跟電阻構成一個可控的泄放電路。這裏的三極管就是一個泄放開關，當MOS管驅動打開的時候，三極管是截止的，正常導通MOS管，當MOS管關閉的時候，三極管導通，這個時候就可以通過更小阻值的電阻來切換米勒電容的電流。

關於這一期基於米勒電容引起的MOS管柵極誤開啟導致的MOS管燒毀案例，就講到這裏了，其他案例下次再跟大家分享。