圖1：完全自保護MOSFET的一般拓撲結構。

短路故障
最常見(jiàn)也最麻煩的故障可能是短路。這類(lèi)故障有以下幾種形式：負載間的短路、開(kāi)關(guān)間的短路或電源接地的短路。而且，這些短路器件啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)都會(huì )發(fā)生。由于短路故障通常是間歇性，即使在很短時(shí)間中就存在多種形式，使問(wèn)題更為棘手。
然而，如果短路是間歇性、負載為電感的情況下，電流中斷將在MOSFET上產(chǎn)生一個(gè)反激（flyback）電壓。根據短路持續的時(shí)間和電阻，負載電感中的峰值電流可能會(huì )高于正常工作時(shí)的峰值電流。因此，器件比預期吸收更多的能量，而且多個(gè)間歇性短路事件的快速連續發(fā)生會(huì )導致峰值結溫急劇升高，從而對器件產(chǎn)生潛在的破壞性。

過(guò)溫故障
其他故障包括器件引腳的靜電放電（ESD）、線(xiàn)路瞬流或電感負載開(kāi)關(guān)引起的過(guò)壓，還有就是過(guò)熱。簡(jiǎn)言之，ESD就是電荷的快速中和，電子工業(yè)每年花在這上面的費用有數十億美元之多。我們知道所有的物質(zhì)都由原子構成，原子中有電子和質(zhì)子。當物質(zhì)獲得或失去電子時(shí)，它將失去電平衡而變成帶負電或正電，正電荷或負電荷在材料表面上積累就會(huì )使物體帶上靜電。電荷積累通常因材料互相接觸分離而產(chǎn)生，也可由摩擦引起，稱(chēng)為摩擦起電。
有許多因素會(huì )影響電荷的積累，包括接觸壓力、摩擦系數和分離速度等。靜電電荷會(huì )不斷積累，直到造成電荷產(chǎn)生的作用停止、電荷被泄放或者達到足夠的強度可以擊穿周?chē)�物質(zhì)為止。電介質(zhì)被擊穿后，靜電電荷會(huì )很快得到平衡，這種電荷的快速中和就稱(chēng)為靜電放電。由于在很小的電阻上快速泄放電壓，泄放電流會(huì )很大，可能超過(guò)20安培，如果這種放電通過(guò)集成電路或其他靜電敏感元件進(jìn)行，這么大的電流將對設計為僅導通微安或毫安級電流的電路造成嚴重損害。
由于有源元件（MOSFET門(mén)極氧化物接口除外）已與門(mén)極輸入引腳連接，因此漏極與源極之間短路時(shí)，此引腳的泄漏電流（50-100uA）比標準MOSFET泄漏電流的測量值（《50nA）大三個(gè)數量級。泄漏電流的增加通常不會(huì )對門(mén)極驅動(dòng)電路產(chǎn)生影響，但是，門(mén)極驅動(dòng)電路必須能夠在電流限制或熱關(guān)機故障情況下驅動(dòng)足夠大的電流。在過(guò)流和過(guò)溫故障的情況下，器件一般將功率MOSFET門(mén)極節點(diǎn)電壓下拉至接近飽和的工作門(mén)限電壓或零伏，以完全關(guān)閉器件。
通常門(mén)極輸入引腳和功率MOSFET門(mén)極節點(diǎn)之間存在一個(gè)串聯(lián)電阻Rs，所以吸收的輸入電流大約等于（Vin-Vgate）/Rs.器件通常在結溫超過(guò)預設限制溫度時(shí)關(guān)閉。在這種情況下，Vgate=0伏，所以在過(guò)溫故障時(shí)必須產(chǎn)生一個(gè)等于Vin/Rs的最小源極電流。否則，內部門(mén)極下拉電路將無(wú)法關(guān)閉功率場(chǎng)效應管，使其結溫可能達到產(chǎn)生破壞作用的水平。

過(guò)溫保護
通常過(guò)溫保護是通過(guò)對主功率MOSFET有源區域的溫敏器件設置偏壓來(lái)實(shí)現的。若這些元件偵測到芯片結溫超過(guò)過(guò)溫設定值時(shí)，電路將主功率MOSFET門(mén)極拉至地，關(guān)閉該器件。圖2顯示安森美的NIF5022N器件短路電流和時(shí)間響應之間的關(guān)系。在其它器件中，若檢測到過(guò)溫故障情況，電流將鎖存，而輸入引腳必須固定對鎖存進(jìn)行復位。
在過(guò)溫故障情況下，必須考慮兩個(gè)主要問(wèn)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(mén)極節點(diǎn)驅動(dòng)至接近閾值電壓來(lái)使器件進(jìn)入飽和工作模式，以便保持電流限制設定點(diǎn)。對于采用熱滯后電路讓零件在過(guò)溫故障情況下循環(huán)導通和關(guān)閉的器件，結溫將穩定在滯后電路高低設定點(diǎn)之間的溫度。一般來(lái)說(shuō)，當器件的可靠性下降變成一個(gè)受重視的問(wèn)題時(shí)，別指望在故障情況下該器件工作幾千小時(shí)或更長(cháng)時(shí)間。

圖2：NIF5022N器件短路電流和時(shí)間響應之間的關(guān)系。
更切合實(shí)際的考慮是，當應用電路在故障情況下將門(mén)極輸入循環(huán)地打開(kāi)并關(guān)閉，使結溫可以在過(guò)溫事件之間的這段時(shí)間中進(jìn)行冷卻。在這種情況下，器件進(jìn)入內部熱循環(huán)，器件承受的熱循環(huán)數量有一定的限制。循環(huán)的次數與許多因素有關(guān)，包括結溫幅度差、溫度偵測布局和電路設計、硅結構、封裝技術(shù)等。設計人員必須清楚應用電路是否可以在短路或其他激發(fā)過(guò)溫保護故障情況下對受保護的MOSFET進(jìn)行循環(huán)，然后評估器件在這些情況下的可靠性。這種故障模式分析可省去昂貴的場(chǎng)回路。
第二個(gè)問(wèn)題涉及到當過(guò)溫保護無(wú)效、隨后可能發(fā)生器件故障時(shí)器件的工作情況。當關(guān)閉電感負載時(shí)，器件必須吸收存儲在負載電感中的能量。對于標準的MOSFET，這種工作模式稱(chēng)為非箝制感應開(kāi)關(guān)（UIS）。在UIS事故中，器件的漏-源硅結處于雪崩狀態(tài)，器件產(chǎn)生大量功耗。自保護的MOSFET可能遭受同樣的情況，因為當門(mén)極輸入電壓對控制電路進(jìn)行偏置時(shí)，由于門(mén)極偏置為零，過(guò)溫限制電路處于無(wú)效狀態(tài)。即使出現最高能量額定值，能量脈沖之間必須有足夠的時(shí)間讓結溫冷卻到初始結溫。否則，結溫在每個(gè)能量脈沖之后升高，最終達到內部故障溫度。
若過(guò)溫限制電路在電感負載關(guān)閉的情況下偏置，由于大多數自保護MOSFET采用有源過(guò)壓箝制，過(guò)溫保護可能仍處于無(wú)效狀態(tài)。有源箝制電路中的關(guān)鍵元件是位于主功率MOSFET門(mén)極和漏極連接之間的背靠背串聯(lián)齊納二極管。以此種狀態(tài)堆棧的齊納二極管的設計電壓小于主功率MOSFET漏-源結的雪崩電壓。在主功率MOSFET門(mén)極產(chǎn)生接近閾值的電壓，使MOSFET以正激線(xiàn)性工作模式傳導負載電流。在有源箝制工作模式下切換電感負載時(shí)，這些行為使器件具備更強的能量處理能力。有源箝制由于具有上述特性，故經(jīng)常在其它故障保護動(dòng)作之前執行。設計人員必須確保器件能夠吸收在最壞情況下所有可能的電感能量。