开关晶体管上的过压是常见的故障原因之一。尽管今天的 MOSFET 比早期的双极晶体管要坚固得多，但这一点在过去的 25 年里并没有发生根本性变化。许多 MOSFET 都具备雪崩能量额定值，这意味着即使发生过压，它们不会立即失效，前提是过压的能量首先要超过指定的阈值，才会触发雪崩效应。

对于很多开关电源开发人员来说，这似乎是一个很好的特性，因为它们不再需要像以前那样对电压峰值进行严格监控。无论是电源电压、启动过程中，还是在发生短路时，只要过电压的能量低于数据表中指定的值，就可以安心运行。然而，这种假设可能是一个致命的错误。

过电压的来源

过电压的根源通常非常明显且易于识别——它源自寄生电感（L_Leakage）。在电压传输过程中，寄生电感未能通过续流二极管（D2）消除存储的能量。存储在电感中的能量（1/2 L_Leakage I₂）会转移到现有的寄生电容中，并在此产生过电压（1/2 C_parasitic V₂）。如果没有足够的寄生电容，电压最终将升高至无穷大。在反激式转换器中，MOSFET 的过电压就是这种情况的一个典型例子，因为过电压会叠加在肩压之上。

反激式转换器中的漏感与过压

反激式转换器由于变压器的气隙和次级侧的续流二极管，其漏感通常非常高。由于开关晶体管的结电容较低，导致过电压峰值较高（见图 2）。然而，无论采用哪种拓扑结构，寄生电感的存在是不可避免的，因为引线和过孔总会带来一定的漏感。

如何正确测量过电压

测量过电压峰值是非常具有挑战性的，因为它受到探头电容的影响，导致实际测得的过电压值较低。而且，过电压峰值的持续时间通常只有几纳秒，示波器的带宽、分辨率和存储深度往往不足以捕捉到精确的数据。举例来说，三位不同的工程师在相同电源上使用不同的设备进行测量时，测得的漏极电压值从 710 V 到 850 V 不等。对于额定电压为 750 V 的 MOSFET，这种偏差可能意味着设备的寿命和可靠性将遭受影响。

是否需要缓冲网络？

为了更准确地测量过电压并确保电路的可靠性，建议在开关晶体管上安装缓冲网络。特别是对于反激式转换器，经典的 RCD 缓冲网络（见图 1）被认为是一种可靠的解决方案。该网络通过电容吸收漏感的能量，电阻将其放电供下一个周期使用，二极管则保证充电方向的低阻抗，并在放电方向将电阻带入电路，以减小开关晶体管在关断时的损耗。然而，缓冲网络的成本、空间和功率损耗是不可忽视的。

雪崩能量和雪崩电流对 MOSFET 的影响

当 MOSFET 中发生过电压时，电子会从原子结构中被击出，进而击出更多电子，导致雪崩效应，最终损坏组件。对于具有雪崩能量额定值的 MOSFET，必须首先超过指定的能量阈值，才会触发雪崩效应。这个能量阈值通常在 MOSFET 的数据表中有所标注。

以 ST45N65 为例，在 25°C 下，其雪崩能量额定值为 810 mJ（见图 3）。但这个值对于实际应用而言，意义不大，因为大多数情况下，MOSFET 并不是在 25°C 环境下工作。实际上，更为关键的是 110°C 时的雪崩能量额定值，尽管数据表通常并未给出这一信息。

雪崩能量的温度依赖性

以英飞凌的 IPL60R185P7 为例，其雪崩能量随温度变化的情况在数据表中有所体现（见图 4）。在结温为 110°C 时，雪崩能量的额定值仅为 25°C 时的 10%，即从原来的 55 mJ 降至 5 mJ。这表明，MOSFET 的雪崩能量随着温度的升高会显著降低，这也是实际应用中必须考虑的关键因素。

MOSFET 的实际工作温度和过电压脉冲

在实际电源设计中，MOSFET 的温度往往随着开关频率的变化而不断波动。开关频率决定了MOSFET的开关损耗和热损耗，而这些损耗会使芯片温度升高。此时，当过电压脉冲发生时，芯片的温度通常会较高，超过数据表中标定的值。因此，了解 MOSFET 的结温对判断雪崩能量的实际适用性至关重要。

制造商如何指定雪崩能量

以英飞凌为例，MOSFET 的雪崩能量额定值通常是在标准的测试条件下测定的。例如，测试过程中 MOSFET 通过线圈连接至 50 V，在 25°C 环境下进行测试，电源电压通常低于 MOSFET 的工作电压。然而，在实际电源单元中，MOSFET 经常工作在 300 V 到 400 V 的电压范围内，并且其工作环境的温度会大大高于测试条件。

此外，雪崩能量的重复值在许多数据表中也有所标注。例如，英飞凌 CoolMOS 器件的重复雪崩能量仅为单脉冲雪崩能量的 5%。这一数值显然与实际应用中的情况存在很大的差距，因为在开关电源中，过电压脉冲通常会反复发生，而这可能导致 MOSFET 多次承受雪崩电流。

是否应该关注雪崩能量？

基于上述分析，是否应关注雪崩能量的指定值仍然是一个值得讨论的问题。在我看来，答案是“不”。如果电源设计遵循制造商给出的最大漏极电压限制，并且确保在任何情况下都不会超过该电压，那么雪崩能量就不必过于关注。MOSFET 的雪崩能量更多的是用于极端条件下的保险措施，而不是实际应用中的常态。为确保电源的可靠性和 MOSFET 的使用寿命，最重要的是严格遵守数据表中规定的最大反向电压。

结论

尽管 MOSFET 的雪崩能量可以提供一定的保护，但在实际的开关电源应用中，过电压峰值通常是无法避免的。因此，更为关键的是采取措施避免在开关晶体管上产生过压峰值，例如采用缓冲网络、优化开关频率等手段，以确保 MOSFET 在实际工作中不超过其最大漏极电压。此外，过电压的多次发生以及温度的升高会大大降低雪崩能量的实际适用性，开发人员应考虑在设计中充分应用这些实际因素，避免过度依赖雪崩能量额定值。