功率MOSFET的最大的脈沖漏極電流、持續的時間和電機驅動及電力電子系統的過流保護、短路保護直接相關，持續時間和VGS限制了最大的脈沖漏極電流：VGS越大，最大的脈沖漏極電流越大，而持續時間越短，在實際的應用中，最大的脈沖漏極電流和持續時間是一對相互矛盾的參數，必須在兩者之間做一些平衡，本文將討論和這個技術指標相關的4個實際的細節。

1、短路保護并聯均流

電動汽車和電動自行車控制器目前大量地使用中壓功率MOSFET，相對而言，電動自行車的功率較低，短路保護的設計基本上可以滿足實際的應用要求。但是對于電動汽車，輸出功率非常大，三相全橋6組功率MOSFET，每組使用14-16管、多管并聯工作，在短路大電流沖擊的過程中，由于驅動電路、PCB布局和每個MOSFET的參數的差異，多管很難做到完全的并聯均流，其中的某些單管會流過更大的電流，溫度更高，非常容易導致短路大電流的局部集中，也就是大部分的電流從一個或少數幾個功率MOSFET管中流過，從而損壞功率MOSFET。

圖1：電動汽車控制器功率板

圖2：電動汽車控制器

一些電動汽車控制系統的研發工程師，通過調整短路保護的延時，來保證短路發生時系統的安全性，但是帶來的問題是：如果短路保護的延時過小，可能導致滿載無法起動或輸出不了滿負載。而且，很多時候，某一個型號的控制器要賣給不同的客戶，不同的客戶采用的電機的參數也不相同，而且同一個客戶可能采用不同廠家的電動機，這就會導致在某一個客戶或某一個客戶的某一個機型，控制器的延時調到和電動機匹配得比較好，而采用同樣的延時的控制器，在這個客戶的其它機型或另一個客戶那里，系統就可能出現問題，要么無法有效的實現短路保護，要么滿載無法起動或無法輸出滿負載。

因此，必須從系統和產品二個方面，來做優化的設計，使系統滿足設計的要求。

2、短路保護的方式

通常采用MOSFET飽和的短路電流，使用單脈沖持續的時間來評估功率MOSFET抗短路沖擊的性能。從圖3的應用測試波形可以看到，在短路過程中，發生了連續多個短脈沖的沖擊，每個短脈沖持續時間為2uS，滿足器件單脈沖測試規范，但是器件最后還是發生損壞。對于器件本體參數的測試，即便是使用多脈沖，通常一個脈沖結束后，硅片的溫度回到常溫，然后再加下一個脈沖，就是不考慮多脈沖能量累積的效應，但是，如果實際的應用中，發生了能量的累積效應，那么單脈沖的測試結果，就不能完全保證這樣的短路條件下，系統仍然可靠不發生損壞。

圖3：短路保護工作波形

但是，單脈沖的測試結果仍然具有參考價值，它為評估不同器件的短路性能提供了標準和對比，單脈沖短路性能強的器件，在多脈沖的條件，同樣具有更強的短路性能。

3、單脈沖電流和實際短路保護的大電流

前面分析過，測試單脈沖短路性能時，功率MOSFET工作在線性區，也就是放大區，而在有些實際的應用中，系統短路時，雖然短路電流比較大，但是功率MOSFET并沒有工作在線性區，因此，這種條件下的短路和器件級的短路所表現的性能是不同的。

系統短路時，如果功率MOSFET仍然工作在完全導通狀態，那么可以通過功耗來校核結溫，另一個方面，要考慮到雪崩UIS問題。

4 、PCB布局和短路保護問題

通常在系統的輸入端有大電容提供負載電源，輸入電容到功率MOSFET橋臂上下端會有雜散電感，很多研發工程師發現：如果這個輸入回路的雜散電感大，短路電流就會降低，但是MOSFET的VDS的尖峰電壓會提高。反過來，輸入回路的雜散電感小，短路電流就會增加，MOSFET的VDS的尖峰電壓會降低。兩者相矛盾，這需要研發工程師做一些平衡。

在設計過程中，特別是對于輸出功率較大的系統，通常是盡可能的減小回路雜散電感來減小尖峰電壓和EMI的影響，同時可以提高系統的效率，而短路保護通過調節短路的延時和控制方式來保證。

5、驅動電壓調整

驅動電壓VGS越高，短路電流越大，持續時間也就越短，那么就可以通過適當的降低驅動電壓，降低短路電流，從而給功率MOSFET提供更長的短路保護的時間，提高其工作的安全性。當然，帶來的問題就是需要額外的電路，來調整驅動的電壓。（本文摘自《今日電子》，作者：劉松）