在電源和電機驅(qū)動等應(yīng)用中，MOSFET的雪崩失效是導(dǎo)致意外故障的常見原因之一。即便工作電壓和電流在額定范圍內(nèi)，瞬態(tài)的電壓過沖（如開關(guān)關(guān)斷、感性負載回彈）也可能引發(fā)雪崩擊穿，造成器件永久損壞，帶來系統(tǒng)停機和維修成本。
要有效預(yù)防此類失效，僅依賴器件的標稱Vds和Id參數(shù)是不夠的。工程師需要重點關(guān)注一個關(guān)鍵的安全裕量指標：EAS(單脈沖雪崩能量)。它定義了器件在極端瞬態(tài)應(yīng)力下的生存邊界，是選型和可靠性設(shè)計的重要依據(jù)。
單脈沖雪崩擊穿能量（Energy during avalanche for single pulse），即 EAS。指的是MOSFET器件串聯(lián)感性負載時，在單次脈沖（工作到關(guān)斷）狀態(tài)下，所能承受的最大能量消耗，單位是焦耳（J），其值越大，器件在電路中遭遇瞬間過電壓或過電流情況時越不容易損壞。
EAS(Single-PulseAvalancheEnergy)這個參數(shù)，就是量化MOS管在單次雪崩事件中能安全吸收并耗散掉的最大能量值。它的單位是毫焦耳(mJ)。
圖1 50N06的極限參數(shù)
EAS的測試原理如下：
圖2
如圖所示，電源V2給MOS管施加一個開啟電壓，讓MOS出于一個導(dǎo)通狀態(tài)，使得電源V1能夠給電感L充電。當電感L電流達到測試值（MOS管IAS目標值）時，電源V2瞬間斷電，電感L存儲的電流會產(chǎn)生一個反向電動勢，此時的反向電壓尖峰遠超過MOS管的擊穿電壓，導(dǎo)致漏極-源極被擊穿。在擊穿的瞬間，電流探頭記錄的電流Id，電壓探頭記錄漏極-源極之間的電壓Vds。
IAS就是電流波形上的最高點。
EAS就是在雪崩擊穿過程中（從電壓超過擊穿電壓，到電流接近零為止），的每一小段進行積分所得到的值（即示波器捕獲的波形面積）。
公式如下：
這個公式往往會理想化成這個熟悉的公式：
按上述公式，圖1中的EAS≈0.5*0.5*12*12=36mJ，和規(guī)格書基本一致。
但是需要注意的是EAS背后的限制條件：
1、溫度：實驗室測試溫度是25℃，而實際應(yīng)用場景中結(jié)溫度可能高達125℃，EAS暴跌，血淚公式：
2、脈寬：標稱值短脈沖（≤10μs），現(xiàn)實應(yīng)用中電機堵轉(zhuǎn)脈沖>200μs，EAS利用率大打折扣。
3、非重復(fù)性：只保證單次雪崩的安全性，如果電路需要頻繁經(jīng)歷雪崩（比如某些特定拓撲），EAS不能直接用于選型，需要考慮降額或選擇具有重復(fù)雪崩能力（IAR,EAR）的器件。
實際設(shè)計中的應(yīng)用考量與選型指導(dǎo)
1、評估風險：應(yīng)用場景是否有可能發(fā)生雪崩事件？例如驅(qū)動電機、繼電器、電磁閥等帶有大電感負載的電路就有可能發(fā)生雪崩擊穿，還有開關(guān)電源的某些拓撲在特定故障下也有可能。
2、估算能量：
計算或估算電路中電感（主要是負載電感或變壓器漏感）在關(guān)斷瞬間儲存的最大能量 。L為回路中的等效總電感負載電感加布線電感等；I為MOS管關(guān)斷瞬間流經(jīng)它的峰值電流，需考慮最惡劣的情況。
3、計算雪崩持續(xù)時間：
計算雪崩持續(xù)時間tAV。VBR擊穿電壓一般使用規(guī)格書最小值；VDD母線電壓為系統(tǒng)最大工作電壓，并考慮可能的瞬態(tài)過壓。
4、比較規(guī)格書中參數(shù)EAS與E預(yù)測值，一般選擇EAS值大于1.5倍測算值。
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C5818970 |
舉例
假設(shè)某24V直流電機驅(qū)動系統(tǒng),選用50N06，堵轉(zhuǎn)電流10A，回路雜散電感2mH（含走線電感和電機繞組漏感），MOSFET擊穿電壓VBR=60V，工作結(jié)溫Tj=110℃，規(guī)格書標注EAS=36mJ。
則E=0.5*L*I2=0.5*0.002*10*10=100mJ
tAV=L*I/(VBR-VDD)=0.002*5/(60-24)≈0.3ms
查表，0.3MS下ID可以到40A
雖然在ID電流可以到40A，但是實際電路中估算的能量已經(jīng)超過規(guī)格書中的EAS，在實際工作中結(jié)溫也很高，實際的EAS能量會更低，風險極高！需換用更強器件或降低電感/電流。
EAS比較100mJ>36mJ，結(jié)論同樣是風險過高。
總結(jié)
EAS是MOSFET抗雪崩失效的核心安全屏障，但其標稱值高度依賴測試條件。工程師需穿透數(shù)據(jù)手冊表象，結(jié)合實際脈沖特性、溫度邊界、拓撲風險綜合設(shè)計，方能在高可靠性系統(tǒng)中構(gòu)建真正有效的保護機制。
