器件發(fā)熱導(dǎo)致的MOS管損壞之謎及MOS管發(fā)熱如何解決

mos管是金屬（metal）—氧化物（oxide）—半導(dǎo)體（semiconductor）場(chǎng)效應(yīng)晶體管，或者稱(chēng)是金屬—絕緣體（insulator）—半導(dǎo)體。MOS管的source和drain是可以對(duì)調(diào)的，他們都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。

MOS管作為半導(dǎo)體領(lǐng)域最基礎(chǔ)的器件之一，無(wú)論是在 IC 設(shè)計(jì)里，還是板級(jí)電路應(yīng)用上，都十分廣泛，尤其在大功率半導(dǎo)體領(lǐng)域。然而大功率逆變器MOS管，工作的時(shí)候，發(fā)熱量非常大，如果MOS管散熱效果不好，溫度過(guò)高就可能導(dǎo)致MOS管的燒毀，進(jìn)而可能導(dǎo)致整個(gè)電路板的損毀。

MOS管發(fā)熱原因

由超出安全區(qū)域引起發(fā)熱而導(dǎo)致的。發(fā)熱的原因分為直流功率和瞬態(tài)功率兩種。

直流功率原因：外加直流功率而導(dǎo)致的損耗引起的發(fā)熱

1、導(dǎo)通電阻RDS(on)損耗(高溫時(shí)RDS(on)增大，導(dǎo)致一定電流下，功耗增加)

2、由漏電流IDSS引起的損耗(和其他損耗相比極小)

3、瞬態(tài)功率原因：外加單觸發(fā)脈沖

4、負(fù)載短路

5、開(kāi)關(guān)損耗(接通、斷開(kāi)) *(與溫度和工作頻率是相關(guān)的)

6、內(nèi)置二極管的trr損耗(上下橋臂短路損耗)(與溫度和工作頻率是相關(guān)的)

器件正常運(yùn)行時(shí)不發(fā)生的負(fù)載短路等引起的過(guò)電流，造成瞬時(shí)局部發(fā)熱而導(dǎo)致破壞。另外，由于熱量不相配或開(kāi)關(guān)頻率太高使芯片不能正常散熱時(shí)，持續(xù)的發(fā)熱使溫度超出溝道溫度導(dǎo)致熱擊穿的破壞。

許多mos管具有結(jié)溫過(guò)高保護(hù)，所謂結(jié)溫就是金屬氧化膜下面的溝道區(qū)域溫度，一般是150攝氏度。超過(guò)此溫度，mos管不可能導(dǎo)通。溫度下降就恢復(fù)。

MOS管的熱設(shè)計(jì)

避免MOS因?yàn)槠骷l(fā)熱而造成的損壞，需要做好足夠的散熱設(shè)計(jì)。若通過(guò)增加散熱器和電路板的長(zhǎng)度來(lái)供所有MOS管散熱，這樣就會(huì)增加機(jī)箱的體積，同時(shí)這種散熱結(jié)構(gòu)，風(fēng)量發(fā)散，散熱效果不好。有些大功率逆變器MOS管會(huì)安裝通風(fēng)紙來(lái)散熱，但安裝很麻煩。

所以MOS管對(duì)散熱的要求很高，散熱條件分為最低和最高，即在運(yùn)行中的散熱情況的上下浮動(dòng)范圍。一般在選購(gòu)的時(shí)候通常采用最差的散熱條件為標(biāo)準(zhǔn)，這樣在使用的時(shí)候就可以留出最大的安全余量，即使在高溫中也能確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

做好MOS管的熱設(shè)計(jì)，需要足夠的散熱片以及導(dǎo)熱絕緣硅膠墊片才能實(shí)現(xiàn)。mos散熱片是一種給電器中的易發(fā)熱電子元件散熱的裝置，多由鋁合金，黃銅或青銅做成板狀，片狀，多片狀等，如電腦中CPU中央處理器要使用相當(dāng)大的散熱片，電視機(jī)中電源管，行管，功放器中的功放管都要使用散熱片。

MOS管發(fā)熱如何解決

功率MOS管在過(guò)較大的電流時(shí)會(huì)有發(fā)熱現(xiàn)象，電子元器件對(duì)溫度比較敏感，長(zhǎng)期工作在高溫狀態(tài)下，會(huì)縮短使用壽命，所以要加快熱量的散發(fā)。針對(duì)MOS管的發(fā)熱情況可以考慮三個(gè)方面去解決。

1、加裝散熱片，擴(kuò)大散熱面積

功率電子元器件過(guò)大電流發(fā)熱比較嚴(yán)重，為了提高散熱效率，需要加裝散熱片，將熱量盡快散掉。在設(shè)計(jì)之初會(huì)，結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)過(guò)電流情況，估算發(fā)熱情況，并結(jié)算使用多大的散熱片。以BLDC為例，所用的6個(gè)MOS管都是加裝散熱片的，甚至將整個(gè)外殼做成鋁殼，將MOS管固定在外殼上加快散熱。

2、選用導(dǎo)通內(nèi)阻較小、過(guò)電流大的MOS管

MOS管的源極S和漏極D導(dǎo)通后，會(huì)有一個(gè)導(dǎo)通電阻Rds（ON），這個(gè)導(dǎo)通電阻差異較大，從幾mΩ到幾百mΩ不等。在設(shè)計(jì)選型時(shí)，要根據(jù)電路情況選擇過(guò)電流較大、導(dǎo)通電阻較小的MOS管。

3、盡量選用NMOS，而不是PMOS

從生產(chǎn)工藝上來(lái)講，NMOS比PMOS更占優(yōu)勢(shì)，因?yàn)橥?guī)格的NMOS和PMOS而言，NMOS能做到更小的內(nèi)阻，且價(jià)格略便宜。也正是因?yàn)檫@個(gè)原因，NMOS比PMOS使用更加廣泛。

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