電晶體｜評估篇
什麼是dV/dt失效
2023.04.12
重點
・dV/dt失效是MOSFET關斷時流經寄生電容Cds的充電電流流過基極電阻RB，使寄生雙極電晶體導通而引起短路從而造成失效的現象。
・dV/dt是單位時間內的電壓變化量，VDS的上升坡度越陡，越容易發生MOSFET的dV/dt失效問題。
・一般來說，反向恢復特性越差，dV/dt的坡度越陡，越容易產生MOSFET的dV/dt失效。
什麼是dV/dt失效
如下圖（2）所示，dV/dt失效是由於MOSFET關斷時流經寄生電容Cds的暫態充電電流流過基極電阻RB，導致寄生雙極電晶體的基極和射極之間產生電位差VBE，使寄生雙極電晶體導通，引起短路並造成失效的現象。通常，dV/dt越大（越陡），VBE的電位差就越大，寄生雙極電晶體越容易導通，從而越容易發生失效問題。
MOSFET的dV/dt失效電流路徑示意圖（藍色部分）
此外，在逆變器電路或Totem-Pole PFC等上下橋結構的電路中，反向恢復電流Irr會流過MOSFET。受該反向恢復電流影響的dV/dt，可能會使寄生雙極電晶體誤導通，這一點需要注意。dV/dt失效與反向恢復特性之間的關係可以透過雙脈衝測試來確認。雙脈衝測試的電路簡圖如下：
雙脈衝測試的電路圖
關於在雙脈衝測試中的詳細情況，請參考R課堂基礎知識 評估篇中的“透過雙脈衝測試評估MOSFET的反向恢復特性”。
dV/dt和反向恢復電流的類比結果如下圖所示。設MOSFET①～③的閘極電阻RG和電源電壓VDD等電路條件相同，僅反向恢復特性不同。圖中列出了Q1從續流工作轉換到反向恢復工作時的源-汲極電壓VDS和汲極電流（內部二極體電流）ID。
雙脈衝測試的模擬結果
一般情況下，與MOSFET①相比，MOSFET③可以說是“反向恢復特性較差（Irr和trr大）”的產品。從這個類比結果可以看出，反向恢復特性越差，dV/dt的坡度就越陡峭。這一點透過電流經電容的暫態電流通常用I=C×dV/dt來表示也可以理解。此外，在上述類比中，Irr的斜率（di/dt）均設定為相同條件，但當di/dt陡峭時，dV/dt也會變陡峭。
綜上所述，可以說，在橋式電路中使用MOSFET時，反向恢復特性越差的MOSFET，發生MOSFET的dV/dt失效風險越大。