FET开关电路广泛应用于电源转换、电机驱动等领域，但驱动不当或元器件选型失误可能导致电路失效。本文将聚焦栅极驱动设计、寄生参数影响及关键保护措施，并提供系统化的失效分析思路。
一、 驱动电路的关键挑战与优化
栅极驱动质量直接影响MOSFET开关性能。不当设计可能导致器件过热或击穿。
驱动不足的典型表现
- 开关速度过慢：导致器件长时间处于线性区，产生显著导通损耗。
- 米勒平台震荡：栅极电压在米勒平台区域发生振荡，引发误开启风险。
- 驱动电流不足：难以快速对栅极电容充放电，限制开关频率。
核心驱动技巧
- 优化栅极电阻：平衡开关速度与EMI干扰。减小电阻可加速开关，但增加电压过冲。
- 低阻抗驱动回路：缩短驱动路径，使用高频低ESR电容（如陶瓷电容）为驱动IC供电，确保电流供应能力。
- 负压关断应用：在噪声敏感或高侧驱动场景，施加负压关断可增强抗干扰能力。
二、 寄生参数的影响与抑制措施
电路中的寄生电感、电容是引发电压尖峰和振荡的根源。
主要问题及对策
- 漏感导致的电压尖峰：功率回路中的寄生电感在开关瞬间产生高电压尖峰。
- 对策：在MOSFET漏-源极并联RC吸收电路或瞬态电压抑制二极管。
- 关键：选择高频特性好、低ESR的吸收电容。
- 米勒效应引起的误导通：快速开关时，米勒电容耦合的dV/dt可能误导通桥臂上管。
- 对策：增加栅源下拉电阻值，或采用米勒钳位电路。
- 布局环路电感：大电流开关回路面积过大，引入过多寄生电感。
- 对策：优化PCB布局，采用紧凑星形接地，使用低ESL电容靠近MOSFET进行母线退耦。
三、 常见失效模式与分析方法
当电路发生故障时，系统化的分析有助于定位根本原因。
典型失效现象
- 栅极击穿：通常由驱动电压超标、静电放电或栅源间缺少保护引起。
- 热失效：长期过载、散热不足或开关损耗过大导致芯片温度过高。
- 体二极管失效：在感性负载开关中，体二极管反向恢复特性差或承受过大应力导致损坏。
失效分析步骤
- 目检与记录：检查烧毁痕迹、封装破损，记录电路工作条件。
- 关键点波形测量：使用隔离探头测量栅极电压、漏源电压、电流波形，观察开关行为。
- 寄生参数评估：检查驱动回路、功率回路布局，评估吸收电路参数合理性。
- 热成像分析：在安全工作条件下，使用热像仪定位热点位置。
- 元器件参数验证：测试栅极电阻、吸收电容、驱动IC输出是否正常。
