PMOS管在关闭状态下Vgs和Vds过压损坏分析

PMOS通常用在高端开关、源极接电源、栅极驱动电压相对源极为负且工作在关闭状态下电压应力最大容易导致Vgs过压栅源击穿、Vds漏源击穿。以下分别分析两者被击穿的原因核心状态关闭状态在PMOS作为高端开关且完全关断时Vgs ≈ 0V 假设栅极被驱动电路拉到地电位Vds ≈ -VDD 漏极为输入电压源极为输出电压/负载端对于PMOS关断时Vds为负值其绝对值等于电源电压。Vgs过压栅源击穿直接原因Pmos管驱动电压直接超过规格书范围例如用24V驱动20V的管子间接原因驱动栅极引线过长与地平面形成寄生电感。在关断瞬间产生反电动势叠加原本驱动电压上从而超过耐压值。源极电位突变引起的“米勒耦合”效应当漏极电位因负载或干扰发生剧烈跳变dV/dt很高时这个变化会通过栅漏寄生电容Cgd耦合到栅极导致栅极电压被“撬动”可能瞬间超出安全范围。这在有感性负载的电路中很常见。静电放电人体或工具携带的静电直接注入栅极引脚电压可达数千伏足以立即击穿栅氧。Vds漏源击穿直接原因漏源级电压差直接超过VDD甚至超过规格书范围、漏源级流过的电流超过规格书范围。间接原因应用于感性负载开关时漏源级电压叠加反电动势电压从而烧毁。当处于关断状态时反向电动势加强且反向电动势极性为下正上负mos管漏极存在一个大的负过冲电压Vds大幅度拉高从而在容易超过PMOS管的Vds(max)导致器件被瞬间击穿损坏。应用于感性负载开关时关断状态下电感电流急剧变化di/dt极大极其容易超过规格范围。电源电压突变热插拔、电网波动、其他大功率设备启停导致电源线上出现浪涌电压。总结在设计PMOS开关电路时必须对这两个电压应力路径分别进行针对性防护。