最後更新:2026年10月8日功率半導體功率元件・電力電子

雪崩耐量(雪崩能量)是什麼

Avalanche Capability (Avalanche Energy)

雪崩耐量是指功率半導體承受超過耐壓的電壓而發生雪崩崩潰時,能在不損壞的情況下吸收的能量大小。這種情況容易在切斷線圈等電感性負載的電流時發生,元件須將線圈的能量½LI²以熱的形式承受下來。規格書中以EAS・EAR標示,並以UIS測試進行評估。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

雪崩耐量是指功率半導體承受超過耐壓(崩潰電壓)的電壓而發生雪崩崩潰(突崩崩潰)時,能在不損壞的情況下吸收的能量大小。在功率MOSFET的規格書中,會以1次脈衝可承受的單脈衝雪崩能量(EAS)、重複施加時可承受的重複雪崩能量(EAR)以及雪崩電流(IAR)來表示。

雪崩崩潰是指在空乏區強電場中被加速的載子撞擊原子,接連產生新的電子與電洞,使電流如雪崩般急遽增加的現象。在實際電路中,這種情況最容易發生在以電晶體切斷馬達或變壓器線圈等電感性負載的電流時。線圈為了維持電流流動會產生高電壓,一旦超過電晶體的耐壓,線圈中儲存的能量(E=½LI²)就會在電晶體內部以熱的形式消耗掉。模擬這種條件的測試稱為UIS(Unclamped Inductive Switching)測試。

雪崩時的破壞,除了發熱造成的溫度上升之外,也會因MOSFET內部的寄生雙極性電晶體導通、電流局部集中而發生。因此,元件結構以及在晶片周邊維持耐壓的終端結構設計,會左右雪崩耐量。矽和SiC的MOSFET在設計上具備雪崩耐量,但橫向型GaN HEMT在原理上不會發生雪崩崩潰就直接損壞,因此使用時須在耐壓上保留很大的餘裕。在電路方面,基本做法是以緩衝電路(snubber)或箝位電路抑制突波電壓,避免元件進入雪崩狀態。

雪崩耐量(雪崩能量)的常見問題

雪崩耐量在什麼情況下特別重要?
以電晶體切斷馬達、電磁閥、變壓器等含有線圈的負載電流時。線圈為了維持電流流動會產生高電壓,超過耐壓就會發生雪崩崩潰,由元件吸收線圈的能量。在車用繼電器替代方案與馬達驅動中特別受到重視。
為什麼GaN HEMT沒有雪崩耐量?
因為橫向型GaN HEMT不像矽或SiC的MOSFET那樣具有能安全導通雪崩電流的pn接面結構,一旦超過耐壓就容易崩潰並直接損壞。因此GaN元件會讓實際耐壓遠高於額定值,並在電路中抑制突波後使用。

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