線性MOSFET是線性模式應(yīng)用的最合適選擇，能夠確保可靠運(yùn)作。然而，用于線性模式應(yīng)用時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)MOSFET容易產(chǎn)生電熱不穩(wěn)定性(electro-thermal instability, ETI)，可能導(dǎo)致器件損壞。
A類音頻放大器、有源DC-link放電、電池充放電、浪涌電流限制器、低壓DC電機(jī)控制或電子負(fù)載等線性模式應(yīng)用要求功率 MOSFET 器件在電流飽和區(qū)域內(nèi)工作。
線性模式運(yùn)作
在功率 MOSFET 的線性工作模式，高電壓和高電流同時(shí)出現(xiàn)，因此通常MOSFET的功率消耗水平高于較常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)模式應(yīng)用。
圖 1顯示歐姆區(qū)域、非線性區(qū)域以及飽和(或有源)區(qū)域，這三個(gè)不同的區(qū)域代表了功率MOSFET的輸出特性。
有源區(qū)域：MOSFET 溝道由于多數(shù)電荷載流子而飽和。在該區(qū)域中，ID獨(dú)立于VDS。ID僅由VGS控制，并且對(duì)于任何給定VDS保持恒定。換言之，MOSFET表現(xiàn)出恒定current sink的特征。
非線性區(qū)域：MOSFET的電阻呈現(xiàn)非線性行為，ID隨著VDS而增加的速度減慢。
歐姆區(qū)域：對(duì)于給定柵源電壓VGS，漏極電流ID與漏源電壓VDS成正比。MOSFET在此運(yùn)作模式下充當(dāng)電阻器，數(shù)值等于其導(dǎo)通電阻RDS(ON)。
圖1：功率MOSFET輸出特性
標(biāo)準(zhǔn)MOSFET 不適合線性模式運(yùn)作
當(dāng)功率生成速率高于功率耗散速率時(shí)，線性模式下較大的功率耗散PD會(huì)引起電熱不穩(wěn)定性(electro-thermal instability, ETI)，可以理解為功率 MOSFET強(qiáng)制進(jìn)入線性運(yùn)作模式。
通常，MOSFET 晶圓邊緣(芯片焊接到功率封裝之安裝片的位置)的溫度低于管芯中心的溫度，這是橫向熱流的結(jié)果。在實(shí)踐中，功率 MOSFET的晶圓結(jié)溫Tvj并不均勻。雖然芯片溫度變化在開(kāi)關(guān)模式運(yùn)作中大多是無(wú)害的，但在線性模式運(yùn)作中，這些溫度變化會(huì)引發(fā)災(zāi)難性故障。
表面上的正反饋破壞機(jī)制帶來(lái)的結(jié)果：
結(jié)溫 Tvj局部升高
由于負(fù)溫度系數(shù)，提高芯片溫度會(huì)導(dǎo)致柵極閾值電壓VGSTH局部降低
降低閾值電壓引起了局部電流密度JDS增加，使得
電流密度的增加導(dǎo)致局部功率耗散增加，從而引起結(jié)溫進(jìn)一步局部升高
MOSFET 等效電路包含寄NPN晶體管，其本身由 n 和 p 摻雜區(qū)域序列形成，如圖 2 所示。
根據(jù)功率脈沖的持續(xù)時(shí)間、傳熱條件和 MOSFET 單元的設(shè)計(jì)，ETI 可能會(huì)引起漏電流集中產(chǎn)生線電流并形成熱點(diǎn)，電流通過(guò)Rw，產(chǎn)生壓降，這通常會(huì)導(dǎo)致受影響區(qū)域中的 MOSFET 單元失去柵極控制并開(kāi)啟寄生晶體管，隨后損壞器件。
圖 2：MOSFET 等效電路
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