MOS管小電流發(fā)熱嚴(yán)重如何解決？一文解析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2020-11-16
MOS管，做電源設(shè)計(jì)，或者做驅(qū)動(dòng)方面的電路，難免要用到MOS管。MOS管有很多種類，也有很多作用。做電源或者驅(qū)動(dòng)的使用，當(dāng)然就是用它的開關(guān)作用。
無論N型或者P型MOS管，其工作原理本質(zhì)是一樣的。MOS管是由加在輸入端柵極的電壓來控制輸出端漏極的電流。MOS管是壓控器件它通過加在柵極上的電壓控制器件的特性，不會(huì)發(fā)生像三極管做開關(guān)時(shí)的因基極電流引起的電荷存儲(chǔ)效應(yīng)，因此在開關(guān)應(yīng)用中，MOS管的開關(guān)速度應(yīng)該比三極管快。
其主要原理如圖：
在開關(guān)電源中常用MOS管的漏極開路電路，如圖2漏極原封不動(dòng)地接負(fù)載，叫開路漏極，開路漏極電路中不管負(fù)載接多高的電壓，都能夠接通和關(guān)斷負(fù)載電流。是理想的模擬開關(guān)器件。這就是MOS管做開關(guān)器件的原理。當(dāng)然MOS管做開關(guān)使用的電路形式比較多了。
在開關(guān)電源應(yīng)用方面，這種應(yīng)用需要MOS管定期導(dǎo)通和關(guān)斷。比如，DC-DC電源中常用的基本降壓轉(zhuǎn)換器依賴兩個(gè)MOS管來執(zhí)行開關(guān)功能，這些開關(guān)交替在電感里存儲(chǔ)能量，然后把能量釋放給負(fù)載。
我們常選擇數(shù)百kHz乃至1MHz以上的頻率，因?yàn)轭l率越高，磁性元件可以更小更輕。在正常工作期間，MOS管只相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)體。因此，我們電路或者電源設(shè)計(jì)人員最關(guān)心的是MOS的最小傳導(dǎo)損耗。
我們經(jīng)常看MOS管的PDF參數(shù)，MOS管制造商采用RDS（ON）參數(shù)來定義導(dǎo)通阻抗，對開關(guān)應(yīng)用來說，RDS（ON）也是最重要的器件特性。
數(shù)據(jù)手冊定義RDS（ON）與柵極（或驅(qū)動(dòng)）電壓VGS以及流經(jīng)開關(guān)的電流有關(guān)，但對于充分的柵極驅(qū)動(dòng)，RDS（ON）是一個(gè)相對靜態(tài)參數(shù)。一直處于導(dǎo)通的MOS管很容易發(fā)熱。
另外，慢慢升高的結(jié)溫也會(huì)導(dǎo)致RDS（ON）的增加。MOS管數(shù)據(jù)手冊規(guī)定了熱阻抗參數(shù)，其定義為MOS管封裝的半導(dǎo)體結(jié)散熱能力。RθJC的最簡單的定義是結(jié)到管殼的熱阻抗。
1、電路設(shè)計(jì)的問題，就是讓MOS管工作在線性的工作狀態(tài)，而不是在開關(guān)狀態(tài)。這也是導(dǎo)致MOS管發(fā)熱的一個(gè)原因。如果N-MOS做開關(guān)，G級電壓要比電源高幾V，才能完全導(dǎo)通，P-MOS則相反。沒有完全打開而壓降過大造成功率消耗，等效直流阻抗比較大，壓降增大，所以U*I也增大，損耗就意味著發(fā)熱。這是設(shè)計(jì)電路的最忌諱的錯(cuò)誤。
2、頻率太高，主要是有時(shí)過分追求體積，導(dǎo)致頻率提高，MOS管上的損耗增大了，所以發(fā)熱也加大了。
3、沒有做好足夠的散熱設(shè)計(jì)，電流太高，MOS管標(biāo)稱的電流值，一般需要良好的散熱才能達(dá)到。所以ID小于最大電流，也可能發(fā)熱嚴(yán)重，需要足夠的輔助散熱片。
4、MOS管的選型有誤，對功率判斷有誤，MOS管內(nèi)阻沒有充分考慮，導(dǎo)致開關(guān)阻抗增大。
功率MOS管在過較大的電流時(shí)會(huì)有發(fā)熱現(xiàn)象，電子元器件對溫度比較敏感，長期工作在高溫狀態(tài)下，會(huì)縮短使用壽命，所以要加快熱量的散發(fā)。針對MOS管的發(fā)熱情況可以考慮三個(gè)方面去解決。
1、做好MOS管的散熱設(shè)計(jì)，加裝散熱片，擴(kuò)大散熱面積
功率電子元器件過大電流發(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)工藝上來講，NMOS比PMOS更占優(yōu)勢，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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