采用自保護(hù)MOSFET可以設(shè)計(jì)出高性價比的容錯系統(tǒng)，但損害或毀壞自保護(hù)MOSFET器件的工作情況確實(shí)存在。只有在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時仔細(xì)考慮這些因素，才可以設(shè)計(jì)出高性價比而可靠的系統(tǒng)。
汽車電子系統(tǒng)中使用的功率器件必須能抵受極為嚴(yán)峻環(huán)境的考驗(yàn)：它們必須能承受關(guān)閉瞬流和負(fù)載切斷電源故障引起的高壓毛刺；若環(huán)境工作溫度超過120℃，器件結(jié)溫則將隨之而來升高；線束中的眾多連接器位于方便組裝和維修的位置，這可能造成器件電氣連接的間斷。由于新的負(fù)載需要的功率越來越大，所以即使在正常的條件下工作，器件承受的壓力也明顯加大。
為了提高系統(tǒng)可靠性并降低保修成本，設(shè)計(jì)人員在功率器件中加入故障保護(hù)電路，以免器件發(fā)生故障，避免對電子系統(tǒng)造成高代價的損害。這通常利用外部傳感器、分立電路和軟件來實(shí)現(xiàn)，但是在更多情況下，設(shè)計(jì)人員使用完全自保護(hù)的MOSFET功率器件來完成。隨著技術(shù)的發(fā)展，MOSFET功率器件能夠以更低的系統(tǒng)成本提供優(yōu)異的故障保護(hù)。
圖1顯示了完全自保護(hù)MOSFET的一般拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這些器件常見的其他特性包括狀態(tài)指示、數(shù)字輸入、差分輸入和過壓及欠壓切斷。高端配置包括片上電荷泵功能。但是，大多數(shù)器件都具備三個電路模塊，即電流限制、溫度限制和漏-源過壓箝制，為器件提供大部分的保護(hù)。align="right" BORDER=0 >
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圖1：完全自保護(hù)MOSFET
的一般拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
短路故障
最常見也最麻煩的故障可能是短路。這類故障有以下幾種形式：負(fù)載間的短路、開關(guān)間的短路或電源接地的短路。而且，這些短路器件啟動和關(guān)閉時都會發(fā)生。由于短路故障通常是間歇性，即使在很短時間中就存在多種形式，使問題更為棘手。例如，在器件之間發(fā)生短路而MOSFET關(guān)閉的情況下，電流通過短路向MOSFET周圍分流。
然而，如果短路是間歇性、負(fù)載為電感的情況下，電流中斷將在MOSFET上產(chǎn)生一個反激(flyback)電壓。根據(jù)短路持續(xù)的時間和電阻，負(fù)載電感中的峰值電流可能會高于正常工作時的峰值電流。因此，器件比預(yù)期吸收更多的能量，而且多個間歇性短路事件的快速連續(xù)發(fā)生會導(dǎo)致峰值結(jié)溫急劇升高，從而對器件產(chǎn)生潛在的破壞性。
過溫故障
其他故障包括器件引腳的靜電放電(ESD)、線路瞬流或電感負(fù)載開關(guān)引起的過壓，還有就是過熱。過溫故障通常由其他故障引起，如短路便會快速增加器件的功耗，也可能由極端環(huán)境條件或熱路徑異常引起，如器件散熱器和電路板之間的焊料失效。在諸多故障模式下，自保護(hù)MOSFET產(chǎn)品的控制電路以一種安全模式來檢測并控制器件工作，使器件在故障修復(fù)后可以恢復(fù)正常功能。
由于有源元件(MOSFET門極氧化物接口除外)已與門極輸入引腳連接，因此漏極與源極之間短路時，此引腳的泄漏電流(50-100uA)比標(biāo)準(zhǔn)MOSFET泄漏電流的測量值( < 50nA)大三個數(shù)量級。泄漏電流的增加通常不會對門極驅(qū)動電路產(chǎn)生影響，但是，門極驅(qū)動電路必須能夠在電流限制或熱關(guān)機(jī)故障情況下驅(qū)動足夠大的電流。在過流和過溫故障的情況下，器件一般將功率MOSFET門極節(jié)點(diǎn)電壓下拉至接近飽和的工作門限電壓或零伏，以完全關(guān)閉器件。
通常門極輸入引腳和功率MOSFET門極節(jié)點(diǎn)之間存在一個串聯(lián)電阻Rs，所以吸收的輸入電流大約等于(Vin-Vgate)/Rs。器件通常在結(jié)溫超過預(yù)設(shè)限制溫度時關(guān)閉。在這種情況下，Vgate=0伏，所以在過溫故障時必須產(chǎn)生一個等于Vin/Rs的最小源極電流。否則，內(nèi)部門極下拉電路將無法關(guān)閉功率場效應(yīng)管，使其結(jié)溫可能達(dá)到產(chǎn)生破壞作用的水平。
過溫保護(hù)
通常過溫保護(hù)是通過對主功率MOSFET有源區(qū)域的溫敏器件(一般為二極管)設(shè)置偏壓來實(shí)現(xiàn)的。若這些元件偵測到芯片結(jié)溫超過過溫設(shè)定值時，電路將主功率MOSFET門極拉至地，關(guān)閉該器件。一些器件內(nèi)置滯后電路，使器件可以在芯片結(jié)溫稍微下降(一般下降10℃-20℃)后返回導(dǎo)通狀態(tài)。圖2顯示安森美的NIF5022N器件短路電流和時間響應(yīng)之間的關(guān)系。在其它器件中，若檢測到過溫故障情況，電流將鎖存，而輸入引腳必須固定對鎖存進(jìn)行復(fù)位。
在過溫故障情況下，必須考慮兩個主要問題。首先，溫度限制關(guān)斷電路通常與電流限制電路協(xié)同工作，即電流限制電路將門極節(jié)點(diǎn)驅(qū)動至接近閾值電壓來使器件進(jìn)入飽和工作模式，以便保持電流限制設(shè)定點(diǎn)。在負(fù)載間短路的情況下，這意味著在通過高電流時，功率MOSFET上的壓降接近電源電壓。這種高功率情況很快地引起過溫故障。對于采用熱滯后電路讓零件在過溫故障情況下循環(huán)導(dǎo)通和關(guān)閉的器件，結(jié)溫將穩(wěn)定在滯后電路高低設(shè)定點(diǎn)之間的溫度。這與高溫可靠性測試類似，都取決于器件在故障情況下的工作時間。一般來說，當(dāng)器件的可靠性下降變成一個受重視的問題時，別指望在故障情況下該器件工作幾千小時或更長時間。align="right" BORDER=0 >
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圖2：NIF5022N器件短路電流
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